Способи використання поновлюваних джерел енергії. Підвищення родючості ґрунту за рахунок вія

Лекиця 4

Альтернативна енергетика.

Проф.І.Хузмієв

Загальні положення.

Відновлювані джерела енергії (ВІЕ) - це сонячне випромінювання, енергія вітру, енергія малих річок і водотоків, припливів, хвиль, енергія біомаси (дрова, побутові та сільськогосподарські відходи, відходи тваринництва, птахівництва, лісової, деревообробної та целюлозно-промислової) , геотермальна енергія, малих річок та водотоків, припливів, хвиль, геотермальна енергія, а також розсіяна теплова енергія (тепло повітря, води океанів, морів та водойм) (Рис.2.1.)

Рис.2.1. Потужність відновлюваних джерел енергії, що надходять на землю та напрями їх використання. , означає 11 )

: http://user.ospu.odessa.ua/~shev/emd_m/nie/doklad.htm

Масове використання відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії (Таблиця 2.1.) є одним із способів вирішення енергетичної, екологічної та продовольчої проблем, які сьогодні стоять перед усім світовим співтовариством (таблиця 2.2.). Їх використання необхідно розглядати з позицій системного підходу, одна з найважливіших вимог якого полягає у розгляді технічних систем у часі (життєвий цикл) та у просторі (зовнішнє середовище).

Способи використання поновлюваних джерел енергії

Таблиця 2.1.

Роль ВІЕ у вирішенні трьох глобальних проблем Таблиця 2.2.
Вид ресурсів чи установок	Енергетика	Екологія	Продовольство
Вітроустановки	+	+	+
Малі та мікроГЕС	+	+	+
Сонячні теплові установки	+	+	+
Сонячні фотоелектричні установки	+	+	+
Геотермальні електричні станції	+	+/-
Геотермальні теплові установки	+	+/-	+
Біомаса. Спалювання твердих побутових відходів	+	+/-
Біомаса. Спалювання сільськогосподарських відходів, відходів лісозаготівель та лісопереробок	+	+/-	+
Біомаса. Біоенергетична переробка відходів	+	+	+
Біомаса. Газифікація	+	+
Установки з утилізації низькопотенційного тепла	+	+
Біомаса. Отримання рідкого палива	+	+	+

Позитивний вплив;

Негативний вплив;

0 відсутність впливу.

Під життєвим циклом зазвичай розуміється структура процесу розробки, виробництва, експлуатації. Він включає наступні стадії:

формування вимог до системи;

Проектування;

Виготовлення, випробування та доведення дослідного зразка;

Серійне виробництво;

Експлуатація;

Модернізація;

Перші три стадії називають зовнішнім проектуванням чи макропроектуванням. Тут визначаються: цілі системи, визначаються граничні умови, досліджуються властивості зовнішнього середовища, механізми та параметри системи, її кількісні характеристики та зв'язки та як результат формулюється технічне завдання на розробку проекту. Наприклад, розглянемо проблему енергопостачання віддалених та мобільних споживачів, яким необхідне енергопостачання, але через різні причини (віддаленість, труднощі рельєфу тощо) воно утруднене або неможливе. Проблеми енергопостачання таких споживачів вирішуються кількома шляхами за допомогою:

різних видів класичного палива;

Енергії, запасеної у хімічних процесах;

Поновлюваних, нетрадиційних джерел енергії та їх комбінацією;

Використання нетрадиційних рішень задля забезпечення енергією окремих споживачів дозволить підвищити соціально-культурний рівень життя працівників, знизити витрати виробництва, підвищити надійність і якість енергопостачання з урахуванням місцевих ресурсів, знизити антропогенний вплив на довкілля. Тому для зазначених вище споживачів необхідно активізувати будівництво малих та мікро ГЕС, використання енергії вітру, сонця, геотермальних та біоенергетичних джерел. Усі вони мають свої переваги і недоліки (Таблиця 2.3.).

Порівняння ВІЕ із централізованими джерелами

Таблиця 2.3.

Джерело	Вартість одиниці	Вартість од. вуст. потужності	Уд. показ., маса на	Надійність електропостачання	Кваліфік. обслуг.	Еколог.
енергії	произв. Енергії	Од. вуст. Потужності	персоналу	небезпека
1. Невідновлювані	Висока	Середня	Висока	Висока	Висока	Висока
2. Хімічні	Висока	Висока	Висока	Висока	Висока	Висока
3. Відновлювані	Низька	Висока	Середня	Середня	Низька	Низька
4. Мала гідроенергія.	Низька	Середня	Середня	Висока	Низька	Низька

Особливий інтерес відновлювані джерела енергії становлять споживачів, розташованих у віддалених місцях, де населення переважно займається сільськогосподарським виробництвом (Таблиця 2.4.). Класичні системи енергопостачання потребують постійної доставки до місць споживання дорогого рідкого палива вартістю з урахуванням доставки близько 2$ за 1 літр, будівництва лінії електропередачі вартістю понад 20 тис.$ за 1км та зведення електростанцій за ціною орієнтовно 1000$ за 1 кВт встановленої потужності. Нетрадиційні рішення, засновані на первинних джерелах енергії, наявних дома споживання, добре вписуються у програми збалансованого розвитку віддалених регіонів.

Споживачі енергії у домашньому господарстві

Таблиця 2.4.

Побутові споживачі.	Технологічні споживачі
Приготування їжі,	Мікроклімат у технологічних приміщеннях
Опалення та кондиціювання	Зрошення та водопостачання
Водопостачання та водовідведення	Кормоприготування
Освітлення,	Догляд за тваринами, лікування
Нагрівання води для побутових цілей,	Вакцинація
Радіо, телебачення, зв'язок,	Отримання продукції у тваринництві та аквакультурі
Енергопостачання побутових процесів	Прибирання та утилізація відходів
(прибирання, миття посуду, прання, шиття	Технології у рослинництві
І т.д.),	Транспортні операції
Санітарно-гігієнічні	Сушіння, первинна обробка та зберігання продукції
Заходи,	Технології будівництва

Основною метою розвитку нетрадиційної енергетики має бути раціональне використання природних ресурсів, у тому числі й енергетичних, із збереженням екологічної рівноваги та соціальної стабільності. При цьому мають вирішуватись такі завдання:

Підвищення рівня життя населення за допомогою автономних систем енергопостачання на базі відновлюваних джерел енергії,

Зниження потреби в дровах, уповільнення процесу зведення рослинного покриву, підвищення ефективності землекористування,

Скорочення імпорту нафтопродуктів та розвиток власної енергетичної бази,

Стабілізація цін на енергоносії та забезпечення безперебійного енергопостачання,

Підготовка кваліфікованого персоналу у галузі виробництва та споживання енергоресурсів та їх ефективного використання.

Відновлювані джерела енергії практично невичерпні і завжди доступні завдяки швидкому поширенню сучасних технологій. Їх використання відповідає стратегії використання різноманітних енергетичних джерел. Відновлювані ресурси є загальновизнаним способом захисту від цінових коливань і майбутніх витрат із захисту довкілля. Технології, що ґрунтуються на використанні відновлюваних джерел енергії, є екологічно чистими через відсутність викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Їх застосування не викликає утворення парникового ефекту і, відповідно, пов'язаних з ним кліматичних змін, і не призводить до утворення радіоактивних відходів.

Використання ВІЕ дозволяє:

Підвищити енергетичну безпеку країн, які залежать від постачання вуглеводневої сировини. Використання ВДЕ є альтернативою енергопостачанню в умовах зростання цін на нафту та природний газ.
Поліпшити знизити емісію парникових газів, відповідно до Кіотського протоколу та покращити екологічний стан навколишнього середовища.
Створити нові зразки високоефективного конкурентного в морі енергетичного обладнання
Зберегти запаси наявної енергетичної сировини
Збільшити ресурси вуглеводнів для технологічного застосування

Застосування ВІЕ гальмується з таких причин:

· Відсутність необхідних Законів та нормативних актів щодо розвитку та заохочення споживачів та бізнесменів щодо застосування ВДЕ. Відсутність державних органів управління з управління процесами впровадження ВДЕ.

· Низький платоспроможний попит населення та організацій. Багато суб'єктів РФ - дотаційні, немає економічних стимулів до вкладення інвестицій (податкові пільги, пільгові кредити), відсутність затвердженої федеральної цільової програми, Відсутність механізмів фінансування та повернення вкладених коштів, недостатній рівень економічних знань організацій, які приймають рішення.

· Відсутність за деякими видами ВДЕ готових систем енергопостачання, низький рівень стандартизації та сертифікації обладнання, нерозвиненість інфраструктури, відсутність обслуговуючого персоналу, недостатній обсяг науково-технічних та технологічних розробок, недостатній рівень технічних знань організацій, що приймають рішення.

· У зв'язку з тим, що Росія багата на енергоресурси, споживачі ставляться до них як до чогось нескінченного і загальнодоступного. Цьому також сприяє їхня відносна дешевизна порівняно зі світовими цінами.

· Необізнаність населення, керівників та громадськості про можливості ВДЕ. Відсутність пропаганди у засобах масової інформації про властивості ВДЕ та прикладів їх використання. .

Наше майбутнє значною мірою залежить від використання технологічних інновацій. Відновлювані джерела енергії зможуть протягом наступних десятиліть впливати на зміну суспільства загалом. Згідно з прогнозами, значення і частка відновлюваних джерел енергії в загальному процесі отримання енергії зростатиме. Ці технології як скорочують глобальну емісію СО 2 , а й надають необхідну гнучкість процесу енерговиробництва, роблячи його менш залежним від обмежених запасів викопного палива. На єдину думку експертів протягом деякого періоду часу гідроенергетика та біомаса домінуватимуть над іншими видами відновлюваних джерел енергії. Однак у ХХI столітті першість на енергоринку належатиме вітроенергетиці та сонячній енергетиці, які зараз активно розвиваються. На сучасному етапі вітроенергетика є найшвидшою галуззю виробництва електроенергії. У деяких регіонах вже сьогодні вітроенергетика конкурує з традиційною енергетикою, яка ґрунтується на використанні викопних видів палива. Наприкінці 2002 року встановлена потужність вітростанцій у всьому світі перевищила 30 000 МВт. У той же час очевидне явне зростання інтересу в усьому світі до сонячних електростанцій, хоча її сьогоднішня собівартість у два-три рази вища за собівартість традиційної енергетики. Фотоелектрика особливо приваблива для віддалених областей, які не мають підключення до загальної енергосистеми. Передова тонкопленочна технологія, що застосовується для виробництва фотоелектричних батарей, активно впроваджується у великомасштабне комерційне виробництво.

Такі великі енергокомпанії, як Енрон, Шелл та Брітіш Петролеум останнім часом багато інвестували у розвиток фото та вітроенергетики. Це є одним із найпереконливіших фактів перспективного майбутнього відновлюваної енергетики. Великі інвестиції з боку провідних світових енергокомпаній плануються також у розвиток інших видів ВІЕ. Одним з найперспективніших ринків застосування ВДЕ в найближчі 20 років у всьому світі стануть країни, що розвиваються, які сьогодні мають проблеми з нестачею енергії. Для багатьох країн привабливим є мобільний характер цих технологій. Налаштування, що працюють на ВІЕ, можна розмістити близько до користувачів. Крім того, їх монтаж швидший і дешевший у порівнянні з будівництвом великих теплових електростанцій, що вимагає протяжних ліній електропередач. Відновлювані джерела енергії також мають попит і в промислово розвинених країнах. Опитування громадської думки, проведене у США, показує, що більшість енергоспоживачів країни згодна платити більше за "зелену" (екологічно чисту) енергію, і багато енергетичних компаній можуть їм її запропонувати. У Європі завдяки сильній громадській підтримці швидко зростає ринок відновлюваних джерел енергії.

Різні сценарії розвитку показують, що частка використання відновлюваних джерел енергії до 2010 року становитиме від 9,9 до 12,5%. Поставлена мета, що становить 12% ("амбітна, але реально здійсненна"), повинна бути досягнута за рахунок встановлення 1 млн. "сонячних дахів", встановленої потужності вітростанцій, що дорівнює 15000 МВт і 1000 МВт встановленої потужності в галузі біоенергетики. Сучасна частка ВДЕ в енерговиробництві, що становить 6%, включає і велику гідроенергетику, розвиток якої надалі не планується через негативний вплив на навколишнє середовище. Збільшення частки ВДЕ має бути забезпечене за рахунок розвитку енергетичного використання біомаси, вітроенергетики (встановлена потужність ВЕС має досягти 40 ГВт). Планується встановлення 100 мільйонів квадратних метрів сонячних колекторів. Очікується збільшення встановленої потужності ФЕБ до 3 ГВт е., геотермальних установок до 1 ГВт т, а теплових насосів - до 2.5 ГВт т. Загальна сума капіталовкладень досягне 165 мільярдів євро (1997-2010 рр.), буде створено до 900 000 нових робочих місць. СО 2 зменшаться на 402 млн. тонн. Виходячи з того, що ВДЕ сьогодні забезпечують менше ніж 6% енергоспоживання країн ЄС, необхідно об'єднати зусилля для збільшення цієї частки. Це, у свою чергу, створить можливість для експорту енергії та покращення екології. Наразі Європа імпортує понад 50% енергоносіїв, і якщо не вжити термінових заходів, то ця цифра може зрости до 70% до 2020 року.

За оцінками Європейської Асоціації Вітроенергетики, встановлення вітростанцій загальною потужністю 40 ГВт дозволить створити додатково до 320 000 робочих місць. За даними Асоціації Фотоелектричної Промисловості, установка 3 ГВт е створить 100 000 робочих місць. Федерація Сонячної Енергетики вважає за можливе забезпечити 250000 робочих місць, діючи тільки для потреб внутрішнього ринку та ще 350000 робочих місць можуть бути створені у разі роботи на експорт. White Paper пропонує низку податкових стимулів та інших фінансових заходів для заохочення інвестицій у область відновлюваних джерел енергії, а також заохочення використання пасивної сонячної енергії. Згідно з цим документом: "Поставлена мета подвоїти поточну частку відновлюваних джерел енергії до 12% до 2010 року реально здійсненна". Частка відновлюваних джерел енергії у виробництві електрики може зрости від 14% до 23% і більше до 2010 року, якщо вжити відповідних заходів. Створення робочих місць - одне із найважливіших аспектів, характеризуючих розвиток відновлюваної енергетики. Потенціал зайнятості населення області відновлюваних джерел енергії можна оцінити за такими данными:

Слід зазначити, що з порівнянні різних джерел енергії ціна є ключовим параметром. Відновлювані джерела енергії найчастіше вважаються дорожчими порівняно з викопним паливом. Такий висновок зазвичай ґрунтується на неправильній оцінці витрат. Коли ми сплачуємо рахунок за електроенергію або заповнюємо бак свого автомобіля, ми зазвичай оплачуємо неповну ціну за енергію. Ціна не включає всі витрати. Існує багато прихованих витрат, пов'язаних із використанням енергії. Приховані соціальні та екологічні витрати, ризик, пов'язаний із використанням викопних видів палива – основні бар'єри до комерціалізації відновлюваних технологій. Загальновизнано, що сучасні ринки ігнорують ці витрати. Насправді, на світовому енергоринку перевага надається забруднювальним джерелам енергії, наприклад, сірковмісним - вугіллю і нафти, а не екологічно чистим відновлюваним джерелам. Доки традиційні технології здатні перекладати на суспільство істотну частину своїх витрат, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища та витратами на охорону здоров'я, відновлювані джерела, будуть перебувати в нерівних умовах. І це незважаючи на те, що ВІЕ практично не погіршує стан екології і навіть дає такі позитивні ефекти, як створення робочих місць, особливо у сільській місцевості. Тому для створення ринку, що діє за правилами "чесної гри", потрібний облік усіх цих витрат.

Дуже важко оцінити витрати, пов'язані з екологічним забрудненням, а деякі навіть важко визначити. Проте проведені дослідження доводять їх суттєві розміри. Наприклад, згідно з дослідженнями німецьких учених, витрати на виробництво електроенергії викопних видів палива, не включаючи витрати, пов'язані з вирішенням проблеми глобального потепління, становлять 2,4-5,5 амер. цента/кВт*год. У той самий час вартість електроенергії, виробленої атомними електростанціями, - 6,1-3,1 амер. цента/кВт*год. Згідно з іншим дослідженням, викиди SO 2 при спалюванні вугілля на американських електростанціях щорічно коштують громадянам США 82 мільярди американських доларів - додатково для відшкодування збитків, завданих здоров'ю людей. Скорочення сільськогосподарських урожаїв, викликане забрудненням повітря, коштує американським фермерам 7,5 млрд. американських доларів на рік. Важливим є той факт, що громадяни США фактично щороку оплачують приховані витрати, пов'язані з використанням енергії, приблизно 109-260 млрд. доларів. Подібні приклади можуть бути подані для інших країн. Якби додаткові витрати включалися в ринкові процеси, технології із застосування ВДЕ виявилися б у вигіднішому становищі, конкуруючи з видами палива, що викопуються. Тоді ми могли б говорити про суттєве проникнення ВДЕ на світовий енергетичний ринок уже сьогодні.

Джерело: http://www.ecomuseum.kz/dieret/why/why.html

Відновлювані джерела енергії

Технології, створені задля використання сил природи до виконання роботи, задовольняє людські потреби, так само старі, як і перше вітрильне судно. Є фундаментальна привабливість використання таких природних сил, які оберігають довкілля від ефектів горіння органічного палива. Сонце, вітер, хвилі, річки, біомаса, потоки геотермальної теплоти землі діють безперервно і завжди (звідси і термін «відновлюваний»). З усього перерахованого поки що тільки енергія падаючої води в річках набула широкого поширення перетворення на електроенергію. Основне застосування сонячної енергії завдяки фотосинтезу людство знайшло у сільському господарстві та лісівництві, хоча все частіше її починають використовувати для опалення. Біомаса (наприклад, залишки цукрової тростини) спалюється для одержання енергії, збільшується використання зерна для одержання автомобільного палива. Масштаби використання інших видів природної енергії нині незначні. Є й першочергові завдання у сьогоднішньому використанні відновлюваних джерел енергії. Для фотоелектричних систем, наприклад, це питання - як зробити їх генераторами електрики, що самозбуджуються. Для використання природної теплоти - як перетворити її на пару або як застосувати інші способи перетворення енергії.

Якщо фундаментальна властивість відновлюваності джерел енергії полягає у їх доступності та щодо широкої поширеності, то фундаментальна проблема у їх використанні для виробництва електроенергії полягає в їх нестабільності та недостатній передбачуваності. Виняток становить геотермальна енергія, яка широко доступна. Це означає, що мають існувати або дублюючі джерела електроенергії, або способи її накопичення у великих масштабах. Однак, крім накопичення гідроенергії у водосховищах або стиснутого повітря в резервуарах (див. нижче), нині жодного іншого способу не існує і не проглядається в майбутньому. Для автономних систем питання акумулювання енергії є першорядними. При підключенні їх до існуючих електромереж виникає питання дублюючих джерел. У використанні енергії сонця для великомасштабного та особливо базового виробництва електроенергії є невеликі можливості.

Сонячна енергія: «Сонячний – не ядерний» – популярне гасло представників анти-ядерного руху на захист навколишнього середовища та багатьох «технологічних оптимістів», які борються за пряме використання сонячного тепла, продовжує ще іноді звучати. Звичайно, в майбутньому, можливо, ми бачитимемо більшу кількість сонячних батарей на дахах будинків, оскільки їх ціна знижується, а ми раціональніше використовуємо енергію, що сприяє ширшому їх поширенню. Однак, для генерації електрики сонячна енергія має обмежений потенціал, оскільки вона є непостійною і непередбачуваною. По-перше, потоки сонячної енергії перериваються в нічний час і за хмарної погоди. Це призводить до досить низького коефіцієнта використання сонячної енергії, зазвичай, менше 15 відсотків. По-друге, коефіцієнт перетворення сучасними фотоелементами сонячної енергії в електричну не перевищує 12-16 відсотків, і його досі не вдається збільшити, хоча дослідження в цій галузі ведуться вже більше кількох десятиліть. В Австралії в погожий сонячний день на поверхню землі, орієнтовану перпендикулярно до сонячних променів, потрапляє до одного кіловат енергії на квадратний метр. У Канаді ця величина виявляється набагато меншою. На більшій частині її території, на горизонтальну поверхню площею один квадратний метр, потрапляє в середньому не більше одного кілограма години сонячної енергії протягом дня. В даний час увага сфокусована на двох способах перетворення сонячної енергії на електричну. Найбільш відомий метод, який використовує фотоелементи для створення електрики. Цей метод має велике значення, наприклад, для забезпечення енергією космічних апаратів, обладнання систем зв'язку віддалених вузлів телемережі в Австралії та Канаді. Популярність фотоелементів була б тим вищою, чим вище була б їх ефективність і нижча вартість (на сьогоднішній день вартість фотоелементів становить приблизно 4000 доларів США на один кілограм вироблюваної потужності). Вартість фотоелементів все ще надто висока для побутового використання. Для автономних систем необхідно обов'язково використовувати деякі способи зберігання зібраної енергії протягом темного часу доби або хмарності. Це можуть бути акумуляторні батареї, або водень, вироблений електролізом, або надпровідники. У будь-якому випадку, додаткові стадії перетворення енергії необхідно залучати процеси з неминучими енергетичними втратами, що знижують загальний ККД, і значно збільшують витрати. Декілька експериментальних сонячних електростанцій потужністю від 300 до 500 кВт включені в електромережі Європи та США. У наукових установах продовжуються дослідження щодо зменшення розмірів фотоелементів та збільшення їх ефективності. Інший головний напрямок досліджень - розробка економних способів зберігання енергії, яка вироблена фотоелементами протягом світлового дня. Сонячна теплова електростанція має систему дзеркал для концентрації сонячного світла на спеціальний поглинач, в якому тепло, що виділяється, перетворюється в пару високого тиску і приводить в рух турбіни. Концентратор - це параболічний відбивач, який орієнтується між північчю і півднем, простежує шлях сонця протягом дня. Поглинач розташований у фокусі цього відбивача та використовує сонячну енергію для нагрівання спеціальної рідини (зазвичай це синтетичне масло) до температури близько 400 градусів Цельсія. Ця рідина далі керує турбіною та генератором. Нині кілька таких електростанцій із потужністю енергоблоків 80 МВт перебувають у експлуатації. Кожен такий модуль займає площу приблизно 50 гектарів землі і вимагає дуже точних систем управління. Сонячні електростанції доповнюються модулями, що працюють на газі, які виробляють близько чверті повної потужності, що виробляється і зберігають робочий режим протягом ночі. У 1990-х років такі станції з сумарною потужністю більш ніж 350 МВт виробили в усьому світі приблизно 80 % електроенергії, отриманої від сонця. У майбутньому основна роль сонячної енергії полягатиме у її прямому використанні для опалення. Найбільша енергетична потреба людей – це потреба у теплі, наприклад, у гарячому водопостачанні з температурою не більше 60 градусів Цельсія. Вищі температури потрібні у промисловості (в діапазоні 60 - 110 градусів Цельсія). Ці потреби разом визначають пропорції енергетичного споживання в індустріальних країнах. Перша потреба цього дня може бути задоволена в деяких областях за рахунок використання сонячного світла і тепла. Комерційне використання сонячної енергії для постачання теплом промислових об'єктів, мабуть, буде можливим у недалекому майбутньому. Практична реалізація такого підходу знизить певною мірою споживання електроенергії, зменшить витрату органічного палива та сприятливо позначиться на охороні навколишнього середовища. А якщо використовувати теплові насоси з належною ізоляцією, можна також опалювати (або охолоджувати) будівлі з дуже невеликими витратами енергії. Зрештою, до десяти відсотків повної споживаної енергії в індустріальних країнах може бути отримано при раціональному використанні сонячного світла та тепла. Це частково зменшить необхідний рівень базового виробництва електроенергії.

Енергія вітру:Протягом багатьох десятиліть у віддалених районах використовуються вітряні турбіни для побутової генерації електрики та заряджання акумуляторних батарей. Модулі, що генерують, потужністю більше ніж 1 МВт тепер функціонують у багатьох країнах. Вироблена вітряною турбіною потужність електроенергії пропорційна швидкості вітру в третьому ступені, і багато турбін ефективно працюють при швидкості вітру приблизно 7 - 20 метрів в секунду (або 25 - 70 км/год). На земній кулі не так багато районів, що мають такі переважні вітри. Подібно до сонячної енергії, використання енергії вітру вимагає додаткових дублюючих джерел електроенергії або систем акумулювання енергії на випадок більш спокійної та безвітряної погоди. В даний час вітряні турбіни, що працюють у різних частинах світу, мають загальну потужність близько 15000 МВт. Вони є цінним доповненням до великомасштабних базових електростанцій. Данія, наприклад, отримує 10% своєї електроенергії від енергії вітру і, перебуваючи в залежності від імпорту електроенергії, має намір збільшувати цю частку. Найбільш економічними і практичними є комерційні вітряні модулі потужністю більше одного МВт, які можуть групуватися в невеликі вітряні станції.

Річки:Гідроелектроенергія, яка є перетвореною потенційною енергією води в річках, нині становить 19% усієї світової електроенергії (в Австралії 10%, у Канаді 59%). Крім кількох країн, гідроелектроенергія зазвичай застосовується для компенсації пікових навантажень, тому що, по-перше, вона може бути оперативно підключена до діючих електромереж, а по-друге, запаси води обмежені. У будь-якому випадку гідроелектроенергія не має перспектив для використання в майбутньому, оскільки більшість географічних районів у світі, які мають можливості для використання потенційної енергії води, або вже знаходяться в експлуатації або ж недоступні з інших причин (з міркувань охорони навколишнього середовища, наприклад). Перевага багатьох гідросистем полягає в їх здатності компенсувати сезонні (як і щоденні) максимальні навантаження в споживанні електроенергії. Насправді використання запасів води іноді ускладнюється запитами на іригацію, які можуть відбуватися одночасно з піковими навантаженнями. У деяких областях географічні умови можуть обмежувати використання гідроелектроенергії у періоди сезонних дощів. Геотермальне тепло: У тих районах, де гаряча підземна пара може досягати поверхні землі, її можна використовувати для виробництва електроенергії. Такі геотермальні джерела енергії набули поширення в деяких частинах світу, наприклад, у Новій Зеландії, у США, на Філіппінах, в Ісландії та Італії. Загалом ці джерела енергії сьогодні виробляють до 6000 МВт потужності. Є також перспективи використання цього методу в інших районах шляхом перекачування гарячої підземної води в ті місця, де її немає.

Припливи:Вперше використання приливної енергії в затоках або гирлах річок було здійснено у Франції та Росії (починаючи з 1966 року). Приливно-відливна вода, що рухається в обох напрямках, використовується для обертання турбін. Цей вид енергії може використовуватися там, де є значні області із припливно-відливними потоками. У Канаді, наприклад, це затока Фанді між Новою Скоцією та Новим Брансуїком. У всьому світі ця технологія має незначний потенціал.

Хвилі: Використання енергії руху хвиль може дати набагато більший ефект, ніж припливно-відливна енергія. Можливості практичного використання енергії хвиль свого часу досліджувалась у Великій Британії. Генератори електроенергії в цьому випадку повинні розташовуватися на платформах, що плавають, або в порожнинах прибережних скельних порід. Висока вартість необхідних пристроїв та численні практичні проблеми роблять такі проекти не реальними.

Біомаса:Поняття «біомаса» відносять до речовин рослинного або тваринного походження, а також відходів, які отримуються внаслідок їх переробки. В енергетичних цілях енергію біомаси використовують двояко: шляхом безпосереднього спалювання або шляхом переробки паливо (спирт або біогаз). Є два основні напрямки одержання палива з біомаси: за допомогою термохімічних процесів або шляхом біотехнологічної переробки. Досвід показує, що найбільш перспективною є біотехнологічна переробка органічної речовини. У 1980-х років у різних країнах діяли промислові установки з виробництва палива з біомаси. Найбільшого поширення набуло виробництво спирту. Один із найбільш перспективних напрямів енергетичного використання біомаси – виробництво з неї біогазу, що складається на 50-80% з метану та на 20-50% з вуглекислоти. Його теплотворна здатність – 5-6 тис. ккал/м3. Найбільш ефективне виробництво біогазу з гною. З однієї тонни можна отримати 10-12 куб. м метану. А, наприклад, переробка 100 млн тонн такого відходу польництва, як солома злакових культур, може дати близько 20 млрд куб. м метану. У бавовняних районах щорічно залишається 8-9 млн тонн стебел бавовнику, з яких можна отримати до 2 млрд куб. м метану. Для тих же цілей можлива утилізація бадилля культурних рослин, трав та ін. Біогаз можна конвертувати в теплову та електричну енергію, використовувати в двигунах внутрішнього згоряння для отримання синтезгазу та штучного бензину. Виробництво біогазу з органічних відходів дає можливість вирішувати одночасно три завдання: енергетичне, агрохімічне (отримання добрив типу нітрофоски) та екологічне. Установки з виробництва біогазу розміщують, як правило, у районі великих міст, центрів переробки сільськогосподарської сировини.

Відношення відновлюваних джерел енергії до базового споживання електроенергії: Сонце, енергія вітру, припливи та хвилі не можуть замінити використання вугілля, газу або ядерної енергії, однак вони є виключно важливими для використання в специфічних районах земної кулі. З зазначених вище причин перелічені джерела енергії не можуть забезпечити базові потреби в електроенергії або компенсувати пікові навантаження, коли це необхідно. Практично вони можуть дати лише 10 – 20% від загальної потреби в енергії та ніколи не замінять вугілля, газ чи ядерну енергію. Однак, вони можуть стати виключно важливими у специфічних районах земної кулі, де для їх використання існують сприятливі умови. Проблеми впливу на довкілля сотень величезних вітряних турбін, зайняті й невикористовувані великі території землі чи величезні приливно- відливні загородження, а про нові гідровузли, є суттєвим обмеженням використання відновлюваних джерел енергії. Звичайно, такі технології певною мірою зроблять свій внесок у майбутню світову енергетику, хоча й не нестимуть основного навантаження на задоволення енергетичних потреб планети. Якщо людство знайде в майбутньому способи ефективного зберігання електроенергії, що отримується від сонячних батарей або вітряних генераторів, внесок цих технологій у задоволення базисних енергетичних потреб стане набагато значнішим. У деяких місцях протягом непікових навантажень та вихідних днів надмірна енергія вугільних або ядерних електростанцій використовується для накопичення води у водосховищах, яка потім витрачається гідроелектростанціями для компенсації пікових навантажень. На жаль, не так багато місць мають можливості для будівництва гребель такого роду. Зберігання стисненого повітря в підземних сховищах використовується поки що набагато меншою мірою. Способи поранення великих кількостей електроенергії в гігантських акумуляторних батареях поки що не розроблені. При розгляді енергопостачання в цілому є деякі можливості для реверсування (перемикання) енергопотоків у розвинених країнах з їх 24-годинними та 7-денними циклами для того, щоб задовольнити щоденні пікові навантаження. Сьогоднішнє обладнання для компенсації пікових навантажень могло б використовуватися певною мірою для постачання енергії систем, що покладаються в основному на відновлювані джерела енергії. Ці потужності дозволили б доповнити великомасштабне виробництво енергії сонячними батареями та вітряними турбінами в моменти, коли вони не можуть цього робити. Будь-яке реальне використання сонячних батарей або енергії вітру для виробництва електроенергії в енергомережі має передбачати наявність 100% дублюючої генеруючої потужності - гідро або теплової електростанції. Зрозуміло, що це пов'язано з дуже високими економічними витратами, хоч у деяких місцях може стати основою розвитку майбутньої енергетики. Для країн з незначними базисними потребами в електроенергії такий підхід, природно, непридатний.

Екологічні аспекти використання відновлюваних джерел енергії: Відновлювані джерела енергії мають різний набір якостей з точки зору їх впливу на навколишнє середовище та вигоди, порівняно з органічним або ядерним паливом. До позитивних якостей слід віднести той факт, що вони зовсім не викидають в атмосферу вуглекислий газ і не виробляють інших забруднюючих речовин (крім деяких продуктів розпаду, що утворюються на дні водних резервуарів). Але оскільки вони використовують відносно малоінтенсивну енергію, площа, яку вони займають, виявляється набагато більшою. Крім того, фізичні розміри обладнання, з цієї ж причини, виявляються дуже великими в порівнянні з високоінтенсивними джерелами енергії. Остання обставина вимагає виготовлення відповідних конструкцій великих матеріальних і енергетичних витрат. Сумнівно, наприклад, щоб жителі Австралії схвалили вплив на навколишнє середовище нових гідросистем у районі Сніжних Гір (що дають, до речі, 3.5 % всієї електроенергії та забезпечують іригацію). Навряд чи будуть схвалені і проекти із забудови великих площ поблизу міст під електростанції на сонячних батареях, якщо такі проекти взагалі будь-коли будуть зроблені. У Європі, вітряні турбіни давно не викликають до себе любов через шум, що виробляється ними, і з міркувань охорони природи. Величезні турбіни, що обертаються, постійно призводять до загибелі великої кількості птахів. Однак, вплив на навколишнє середовище може бути мінімізований у деяких випадках. Сонячні батареї, наприклад, можуть встановлюватися вздовж автомагістралей, виконуючи додаткову функцію шумоізоляції, або розміщуватись на дахах будинків. Є також окремі місця, де можливе і безпечне становлення вітряних турбін.

Список використаної літератури.

1. Енергетичні ресурси світу. За редакцією Непорожнього П.С., Попкова В.І. - М: Енергоатоміздат. 1995 р.

2. Огородніков І.А., Огородніков А.А. «На шляху до сталого розвитку: екодом. Збірник матеріалів» М.: Соціально-екологічний союз, 1998р.

3. Журнал «Техніка молоді» №5, 1990р.

4. Лаврус В.С. «Джерела енергії» К.: НіТ 1997р.

5. Ресурси Інтернету.

Відновлювані джерела енергії

Технології, створені задля використання сил природи до виконання роботи, задовольняє людські потреби, так само старі, як і перше вітрильне судно. Є фундаментальна привабливість використання таких природних сил, які оберігають довкілля від ефектів горіння органічного палива. Сонце, вітер, хвилі, річки, біомаса, потоки геотермальної теплоти землі діють безперервно і завжди (звідси і термін "відновлюваний"). З усього перерахованого поки що тільки енергія падаючої води в річках набула широкого поширення перетворення на електроенергію. Основне застосування сонячної енергії завдяки фотосинтезу людство знайшло у сільському господарстві та лісівництві, хоча все частіше її починають використовувати для опалення. Біомаса (наприклад, залишки цукрової тростини) спалюється для одержання енергії, збільшується використання зерна для одержання автомобільного палива. Масштаби використання інших видів природної енергії нині незначні. Є й першочергові завдання у сьогоднішньому використанні відновлюваних джерел енергії. Для фотоелектричних систем, наприклад, це питання - як зробити їх генераторами електрики, що самозбуджуються. Для використання природної теплоти - як перетворити її на пару або як застосувати інші способи перетворення енергії.

Сонячна енергія: "Сонячний - не ядерний" - популярне гасло представників анти-ядерного руху на захист навколишнього середовища та багатьох "технологічних оптимістів", які борються за пряме використання сонячного тепла, продовжує ще іноді звучати. Звичайно, в майбутньому, можливо, ми бачитимемо більшу кількість сонячних батарей на дахах будинків, оскільки їх ціна знижується, а ми раціональніше використовуємо енергію, що сприяє ширшому їх поширенню. Однак, для генерації електрики сонячна енергія має обмежений потенціал, оскільки вона є непостійною і непередбачуваною. По-перше, потоки сонячної енергії перериваються в нічний час і за хмарної погоди. Це призводить до досить низького коефіцієнта використання сонячної енергії, зазвичай, менше 15 відсотків. По-друге, коефіцієнт перетворення сучасними фотоелементами сонячної енергії в електричну не перевищує 12-16 відсотків, і його досі не вдається збільшити, хоча дослідження в цій галузі ведуться вже більше кількох десятиліть. В Австралії в погожий сонячний день на поверхню землі, орієнтовану перпендикулярно до сонячних променів, потрапляє до одного кіловат енергії на квадратний метр. У Канаді ця величина виявляється набагато меншою. На більшій частині її території, на горизонтальну поверхню площею один квадратний метр, потрапляє в середньому не більше одного кілограма години сонячної енергії протягом дня. В даний час увага сфокусована на двох способах перетворення сонячної енергії на електричну. Найбільш відомий метод, який використовує фотоелементи для створення електрики. Цей метод має велике значення, наприклад, для забезпечення енергією космічних апаратів, обладнання систем зв'язку віддалених вузлів телемережі в Австралії та Канаді. Популярність фотоелементів була б тим вищою, чим вище була б їх ефективність і нижча вартість (на сьогоднішній день вартість фотоелементів становить приблизно 4000 доларів США на один кілограм вироблюваної потужності). Вартість фотоелементів все ще надто висока для побутового використання. Для автономних систем необхідно обов'язково використовувати деякі способи зберігання зібраної енергії протягом темного часу доби або хмарності. Це можуть бути акумуляторні батареї, або водень, вироблений електролізом, або надпровідники. У будь-якому випадку, додаткові стадії перетворення енергії необхідно залучати процеси з неминучими енергетичними втратами, що знижують загальний ККД, і значно збільшують витрати. Декілька експериментальних сонячних електростанцій потужністю від 300 до 500 кВт включені в електромережі Європи та США. У наукових установах продовжуються дослідження щодо зменшення розмірів фотоелементів та збільшення їх ефективності. Інший головний напрямок досліджень - розробка економних способів зберігання енергії, яка вироблена фотоелементами протягом світлового дня. Сонячна теплова електростанція має систему дзеркал для концентрації сонячного світла на спеціальний поглинач, в якому тепло, що виділяється, перетворюється в пару високого тиску і приводить в рух турбіни. Концентратор - це параболічний відбивач, який орієнтується між північчю і півднем, простежує шлях сонця протягом дня. Поглинач розташований у фокусі цього відбивача та використовує сонячну енергію для нагрівання спеціальної рідини (зазвичай це синтетичне масло) до температури близько 400 градусів Цельсія. Ця рідина далі керує турбіною та генератором. Нині кілька таких електростанцій із потужністю енергоблоків 80 МВт перебувають у експлуатації. Кожен такий модуль займає площу приблизно 50 гектарів землі і вимагає дуже точних систем управління. Сонячні електростанції доповнюються модулями, що працюють на газі, які виробляють близько чверті повної потужності, що виробляється і зберігають робочий режим протягом ночі. У 1990-х років такі станції з сумарною потужністю більш ніж 350 МВт виробили в усьому світі приблизно 80 % електроенергії, отриманої від сонця. У майбутньому основна роль сонячної енергії полягатиме у її прямому використанні для опалення. Найбільша енергетична потреба людей – це потреба у теплі, наприклад, у гарячому водопостачанні з температурою не більше 60 градусів Цельсія. Вищі температури потрібні у промисловості (в діапазоні 60 - 110 градусів Цельсія). Ці потреби разом визначають пропорції енергетичного споживання в індустріальних країнах. Перша потреба цього дня може бути задоволена в деяких областях за рахунок використання сонячного світла і тепла. Комерційне використання сонячної енергії для постачання теплом промислових об'єктів, мабуть, буде можливим у недалекому майбутньому. Практична реалізація такого підходу знизить певною мірою споживання електроенергії, зменшить витрату органічного палива та сприятливо позначиться на охороні навколишнього середовища. А якщо використовувати теплові насоси з належною ізоляцією, можна також опалювати (або охолоджувати) будівлі з дуже невеликими витратами енергії. Зрештою, до десяти відсотків повної споживаної енергії в індустріальних країнах може бути отримано при раціональному використанні сонячного світла та тепла. Це частково зменшить необхідний рівень базового виробництва електроенергії.

Відноситься сонячна енергія, а також її похідні: енергіявітру, енергіярослинної біомаси, енергіяводяних потоків. До відновлюваним джерел енергії ...

Реферат >> Фізика

І поновлюваних джерел енергії" 2009 Зміст Вступ Види нетрадиційних поновлюваних джерел енергіїта технології їх освоєння Використання поновлюваних джерел енергії Відновлювані джерела енергіїв Росії...

2015-05-15

Ця стаття є продовженням теми розвитку енергетики на основі відновлюваних джерел енергії (ВІЕ). Йдеться про внесок енергетики на поновлюваних джерелах в емісію парникових газів і, загалом, побічні екологічні ефекти розвитку енергетики на основі ВДЕ. У ряді випадків негативні наслідки відновлюваної енергетики для середовища та суспільства можуть бути великі – всупереч заявленим цілям про покращення екологічних показників, і кожен проект потребує окремого ретельного аналізу. Загалом, позитивні та негативні екологічні ефекти енергетики на ВДЕ - питання, яке ще потребує додаткових комплексних досліджень.

Кліматичний аспект розвитку відновлюваної енергетики пов'язаний із «нульовою емісією CO 2 » під час роботи сонячних, вітряних, гідравлічних та інших енергетичних станцій на відновлюваних ресурсах. Справді, у випадках виробництво енергії йде без спалювання вуглеводневої сировини і, як наслідок, без виділення парникових газів та інших забруднювачів в атмосферу.

Однак ситуація складніша, якщо розглядати весь життєвий цикл виробництва, починаючи з підготовчих стадій та включаючи побічні ефекти у процесі вироблення енергії.

Для отримання енергії необхідні виготовлення та встановлення енергетичного обладнання, створення інфраструктури та забезпечення умов для його роботи, підготовка сировини, утилізація відпрацьованого матеріалу та обладнання після закінчення терміну служби. Це потребує роботи металургійних, машинобудівних, сільськогосподарських та інших підприємств, використання енергії з викопних джерел і означає вже ненульову емісію.

Облік впливів на довкілля на всіх стадіях показує, що перехід до відновлюваної енергетики не завжди веде до зниження забруднення середовища, у тому числі зниження емісії CO 2 та інших парникових газів.

Дослідження побічних ефектів (у тому числі екологічних) відновлюваної енергетики у комплексі мають порівняно недавню історію, а останнім часом про це заговорили активніше. Одна з недавніх помітних робіт - праця норвезького дослідника, наукового співробітника та керівника проектів Західно-норвезького дослідницького інституту (Western Norway Research Institute, WNRI) Отто Андерсена (Otto Andersen) «Ненавмисні наслідки відновлюваної енергетики. Проблеми, які потребують вирішення» . Робота Андерсена використовує раніше зібрану різними дослідниками інформацію щодо окремих видів енергії та регіонів, на основі яких вибудовується узагальнена картина екологічних ризиків відновлюваної енергетики.

Ключові поняття та підходи пов'язані з аналізом життєвого циклу (Life Cycle Analysis, LCA) та оцінкою так званих «зустрічних ефектів», «ефектів відскоку» або «зворотних ефектів» — rebound effects, що у вітчизняній літературі перекладають як «відновлювальні ефекти» або, без перекладу, "ребаунд-ефекти".

Основну увагу з позицій аналізу життєвого циклу та зустрічних ефектів приділено біоенергетиці (вирощуванню енергетичних культур для виробництва біопалива), сонячній фотовольтаїчній енергетиці, деяким аспектам водневої енергетики та використанню електромобілів.

Ряд питань залишається відкритим, дослідження побічних ефектів у відновлюваній енергетиці поки не можна назвати досить добре вивченою темою, хоча в попередні роки з цієї тематики було проведено низку локальних досліджень та експериментів.

Відновлювана енергетика та емісія парникових газів

Якщо говорити про емісію парникових газів, то різні види відновлюваної енергетики, на думку Андерсена, зовсім не є «рівнозеленими» (equally green), якщо розглядати їх з позицій повного життєвого циклу. Основний показник, з погляду емісії парникових газів, пов'язаної з виробництвом енергії, що використовується в тому числі Андерсоном, - це кількість грам-еквівалента СО 2 на одиницю виробленої енергії, зокрема для електроенергетики приймається 1 кВт·год, тобто гСО 2 екв / кВт · год.

В даному випадку важлива методика розрахунку і вихідні припущення — перш за все, для якого інтервалу часу йде розрахунок, а також завантаження виробничих потужностей (коефіцієнт використання встановленої потужності, тобто КВВМ) і, відповідно, очікуване виробництво енергії за певний проміжок часу. Картина тут та сама, як і з розрахунком вирівняних витрат (Levelized Costs, LC) виробництва одиниці енергії, про яку ми говорили у статті . Найчастіше використовується 20-річний інтервал.

Аналіз життєвого циклу дає такі показники емісії щодо різних типів виробництва електричної енергії [гСО 2 екв/кВт·ч]: вітряна — 12; приливна - 15; гідравлічна - 20; океанічна хвильова - 22; геотермальна - 35; сонячні (фотовольтаїчні) батареї - 40; сонячні концентратори - 10; біоенергетика - 230.

Це, однак, у будь-якому випадку на порядок менше величин, що наводяться для енергетики, що працює на викопній сировині: вугільна - 820; газова — 490. У той же час, найекологічнішою, в даному сенсі, є атомна енергетика, де показник емісії гСО 2 екв/кВт·год становить всього 12, тобто цей параметр дорівнює найнижчим показникам енергетики на відновлюваних джерелах. Вочевидь, що розподіл емісії парникових газів за стадіями життєвого циклу виробництва щодо різних типів енергетики кардинально відрізняється (рис. 1, табл. 1).

У випадку з вітряною, сонячною, геотермальною та гідроенергетикою основне екологічне навантаження посідає стадію виробництва матеріалів, обладнання та будівництва станцій. Аналогічна структура і в атомної енергетики. У енергетики, що працює на викопному паливі, основна частина емісії посідає період роботи станції, для якої необхідне спалювання палива. Те ж саме і для біоенергетики. Таким чином, тут ми також можемо провести аналогію зі структурою витрат — у першому випадку «екологічні витрати» належать, скоріше, до категорії постійних, у другому до категорії змінних. У першому випадку переваги сильніше виявляються більш тривалих інтервалах часу. У другому випадку скоротити розрив у «вуглецево-емісійній ємності виробництва» можна за рахунок технологій, що дозволяють скорочувати витрату палива та систем уловлювання парникових газів. В даному випадку, при порівнянні «емісійної ємності» вітряних та вугільних електростанцій допускається часовий інтервал 20 років та КВВМ вітростанцій становить 30-40 %.

Основну увагу з позицій аналізу життєвого циклу та зустрічних ефектів приділено біоенергетиці (вирощуванню енергокультур для виробництва біопалива), сонячній фотовольтаїчній енергетиці, деяким аспектам водневої енергетики та використанню електромобілів

Слід враховувати, що наведені вище грубі усереднені (медіанні) значення, тут не може бути великої точності. Дуже багато залежить від технології та конкретних умов виробництва. Дані різних досліджень та різних джерел можуть кардинально розходитися. Зокрема, для вітроенергетики розкид може становити від 2 до 80 гСО 2 екв/кВт·год (onlinelibrary.wiley.com).

Для ГЕС показник гСО 2 екв/кВт·год може досягати 180. А "нижні" значення для електростанцій на викопному паливі - 200-300 гСО 2 екв/кВт·ч.

Причини, через які емісія парникових газів може досягати високих значень для життєвих циклів гідроелектростанцій, сонячних, біоенергетичних та геотермальних станцій, різні. У випадку з ГЕС це насамперед формування водосховища при греблі, в якому може формуватися застійний режим з мікробіологічним розкладанням органічного матеріалу в приплотинній зоні, що спричиняє зростання емісії СО 2 та СН 4 (метану). Подібні процеси можливі у зонах приливних електростанцій. У сонячній фотовольтаїчній енергетиці основні проблеми пов'язані з процесом виробництва сонячних батарей, адже серед інших ризиків для середовища та здоров'я він призводить до емісії ряду сполук фтору — гексафторетану C 2 F 6 , трифтористого азоту NF 3 , гексафториду сірки SF 6 , що є. У випадку з геотермальною енергетикою багато залежить від складу енергоносія — термальної води, що відрізняється високою температурою та мінералізацією зі складним хімічним складом. У процесі її використання та утилізації можливе як безпосереднє теплове забруднення середовища, так і виділення у ґрунт, воду та атмосферу низки хімічних сполук, включаючи парникові гази.

Емісія парникових газів під час використання біоенергії відбувається усім стадіях. Насамперед, вона відбувається на стадії вирощування енергетичних культур, зокрема, ріпаку та олійної пальми. Інтенсивна культивація ріпаку вимагає великої кількості азотних добрив, що веде до зростання емісії потужного парникового газу - двоокису азоту N 2 0, що є, крім того, руйнівником озонового шару.

У середньому, як видно, незважаючи на ребаунд-ефект, емісія парникових газів у життєвому циклі відновлюваних джерел енергії залишається значно нижчою порівняно з невідновлюваними енергетичними ресурсами (за винятком атомної енергетики)

Великі плантації олійної пальми були створені в Південно-Східній Азії (Індонезії, Малайзії, Таїланді) на торф'яно-болотних землях, що є природними «пастками» та «коморами» вуглецю, і на місці тропічних та екваторіальних дощових лісів, що виконують роль «легких . Це викликало швидке руйнування ґрунтового покриву, порушення природного режиму поглинання вуглецю та, відповідно, зростання надходження парникових газів (СО2 та СН4) в атмосферу. За найгірших сценаріїв масштабний перехід від копалин до біопалива може не зменшити, а навіть збільшити емісію парникових газів на величину до 15 %.

Інший, поки що практично невивчений аспект - можливе зниження загального альбедо (відображає здатність) Землі при масштабному поширенні енергетичних культур, що теоретично може стати фактором потепління клімату.

На стадії експлуатації - спалювання біопалива (на транспорті та енергетичних станціях), що зазвичай виробляється в суміші з викопним паливом, також утворюються, як з'ясовується, нові хімічні сполуки, що несуть як токсичну, так і парникову небезпеку. Зростання емісії парникових газів як наслідок її скорочення — одне із прикладів ребаунд-эффекта.

У середньому, очевидно, попри цей ефект, емісія парникових газів у життєвому циклі відновлюваних джерел енергії залишається значно нижчою проти невідновлюваними енергетичними ресурсами (крім атомної енергетики).

У той же час, це далеко не у всіх випадках так, і кожен конкретний проект чи програма розвитку енергетики на відновлюваних джерелах потребує ретельного аналізу, в тому числі з екологічних позицій — завжди свідомо «зеленішими» порівняно з іншими варіантами їх вважати не можна.

Інші побічні ефекти

Крім емісії парникових газів як зустрічний ефект, енергетика на ВІЕ має й інші побічні екологічні наслідки. ГЕС та приливні електростанції змінюють режими течій та температур річок та морських заток, стають бар'єрами на шляхах міграції риб та інших потоків речовини та енергії. Крім того, одним із суттєвих побічних ефектів ГЕС є затоплення територій, придатних для розселення, сільськогосподарської та іншої діяльності.

При цьому на берегах водосховищ при ГЕС можуть розвиватися зсувні процеси, можливі зміни місцевих кліматичних умов та розвиток сейсмічних явищ. Застійний водний режим у водосховищах здатний провокувати як зростання емісії парникових газів, а й накопичення шкідливих речовин, які становлять загрозу зокрема здоров'ю людини.

Окрему небезпеку можуть становити прориви та обвалення гребель ГЕС — особливо у гірських та сейсмонебезпечних районах. Одна з найбільших катастроф такого роду сталася в 1963-му році на річці Вайонт (Vajont) в італійських Альпах, де у водосховищі при греблі ГЕС зійшов гігантський зсув, що спричинив перелив хвилі через греблю та утворення «цунамі» заввишки до 90 м. Величезною хвилею було знесено кілька населених пунктів, загинуло понад 2000 людей.

Геотермальна енергетика несе ризики хімічного забруднення води та ґрунту - термальні флюїди, крім вуглекислого газу, містять сульфід сірки H 2 S, аміак NH 3 , метан CH 4 , кухонну сіль NaCl, бор B, миш'як As, ртуть Hg. Виникає проблема утилізації небезпечних відходів. Крім того, можливі корозійні руйнування конструкцій самих термальних станцій, а викачування термальної води може викликати деформації шарів гірських порід та локальні сейсмічні явища, подібні до тих, що виникають при будь-якому гірничодобувному виробництві або паркані міжпластових грунтових вод.

Біоенергетика пов'язана з відчуженням сільськогосподарських земель (та інших ресурсів) для вирощування енергетичних культур, що за масштабного переходу до використання біоенергії може загострити продовольчу проблему у світі.

Найбільш грубий розрахунок показує, що вирощування ріпаку або соняшнику як сировина для біопалива може дати в результаті близько тонни біопалива з 1 га землі, що обробляється. Загальний обсяг споживання енергії у світі сягає 20 млрд тонн на рік у нафтовому еквіваленті. Заміщення цього обсягу біопаливом лише на 10 %, або на 2 млрд тонн, вимагало б відчуження близько 2 млрд га землі, тобто близько 40 % усіх сільськогосподарських угідь світу або 15 % всієї площі земної суші, крім Антарктиди. Масштабне поширення енергетичних монокультур знижує біорізноманіття, як прямо, і побічно, через погіршення умов проживання багатьох видів флори і фауни.

На стадії спалювання біологічного палива, зокрема, на транспорті, при його змішуванні з викопним паливом (звичайним дизелем або бензином) та використання добавок, що дозволяють краще працювати в зимових умовах, йде утворення нових хімічних сполук, токсичних та канцерогенних за своїми властивостями. Це показали, зокрема, спостереження та експерименти в рамках дослідження «Вплив біокомпонентного складу палива на емісію дизельних двигунів та погіршення дизельного масла».

У цьому порівняно кращою виглядає водоростева енергетика - отримання енергетичної сировини з водоростей. Серед відомих культур – такі як Botryococcus bran-nil і Arthrospira (Spirulina) platensis. Водорості, порівняно з «сухопутними» енергокультурами, відрізняються вищою (у певних умовах — на порядок вищими) продуктивністю на одиницю площі в одиницю часу та вищим вмістом жирів (ліпідів) — вихідної сировини для біопалива. Крім того, вирощування водоростей не пов'язане із відчуженням продуктивних сільськогосподарських земель, створенням складних конструкцій та обладнання, використанням великого обсягу добрив. При цьому водорості — один із потужних поглиначів вуглекислого газу та продуцентів кисню. У зв'язку з цим цей напрямок відновлюваної енергетики, поки недостатньо розроблений, можна вважати досить перспективним і з виробничих, і з екологічних позицій.

Вітроенергетика — найменш небезпечна з погляду емісії парникових газів та забруднюючих речовин, викликає водночас низку претензій екологів щодо інших позицій. Вони включають шумове забруднення місцевості, «естетичне забруднення», ризик впливу обертових лопатей на психіку. Інша група претензій пов'язана з впливом на фауну — зокрема вітряки можуть відлякувати птахів і викликати їхню загибель при зіткненні з лопатями.

Проблема, що також наростає згодом, особливо в міру будівництва офшорних (морських) вітростанцій — проблеми з доступністю для сервісних та аварійних служб, утруднення в обслуговуванні, усунення поломок та аварійних ситуацій, зокрема при загорянні вітрогенераторів

Накопичений досвід експлуатації вітрогенераторів, що налічує в Західній Європі вже близько 20 років, показує, що ці претензії мають швидше умоглядний характер — принаймні при даній щільності вітрогенераторів та дотриманні певних заходів безпеки, зокрема, розміщення вітрогенераторів на відстані не менше кількох сотень метрів. від житлових кварталів Реальнішими виглядають інші проблеми. Одна з них очевидна — вітроелектростанції вимагають великих площ, і існують певні межі їхньої установки на територіях із високою щільністю населення та інфраструктури. Інша проблема, що стає з часом все більш нагальною — утилізація лопатей вітротурбін, що відпрацювали свій ресурс, побудованих з композитних матеріалів і несучих високий потенціал забруднення середовища.

Наступна проблема, що також наростає згодом, особливо в міру будівництва офшорних (морських) вітростанцій — проблеми з доступністю для сервісних та аварійних служб, утруднення в обслуговуванні, усунення поломок та аварійних ситуацій, зокрема під час загоряння вітрогенераторів.

Всі перелічені вище проблеми можуть посилитися, створюючи мультиплікативний ефект, за більш широкого поширення вітроенергетики. В даний час на неї припадає близько 9% загального обсягу виробництва електроенергії в Німеччині, близько 5 % в Італії, 18% - в Іспанії. В інших великих країнах-виробниках електроенергії це значно менша частка, в середньому ж у світі вона становить близько 2,5 %. До яких ефектів може призвести нарощування вітроенергетичних потужностей вдвічі-втричі і більше — окреме питання для вивчення.

У сонячній енергетиці основні екологічні ризики пов'язані з використанням великої кількості токсичних та вибухових компонентів під час виготовлення сонячних батарей. Зокрема, сонячні батареї містять телурид кадмію CdTe, сульфід кадмію CdS, арсенід галію GaAs, а в процесі виробництва використовується фтор, що створює низку токсичних сполук. Це створює проблеми спочатку на стадії виробництва, а потім на стадії утилізації батарей, які відпрацювали свій ресурс. Ця проблема також неминуче наростатиме з часом. Інша проблема виробництва сонячних батарей – великі обсяги споживання води. За американськими даними, споживання води високого ступеня очищення для 1 МВт потужностей — близько 10 л/хв.

Інтегральний показник, застосовуваний з метою оцінки шкоди тієї чи іншої виду діяльності суспільства і середовища, — це зовнішні, чи екстернальні витрати (external costs), не включені у ціну продукту витрати, які несе суспільство загалом, тобто заподіяний соціально-економічний і соціально -природні збитки. Зовнішні витрати включають шкоду здоров'ю людей, корозію та інші ушкодження, завдані матеріалам і конструкціям, зниження врожаїв та інших.

У оцінці зовнішніх витрат залежить від вихідних припущень, можуть різко відрізнятися країнами. Зокрема, для країн ЄС діапазон зовнішніх витрат виробництва електроенергії (євроцентів за кВт·год) для різних джерел енергії становлять (за даними ec.europa.eu): вугілля – 2-15; нафта - 3-11; газ - 1-4; атомна енергія - 0,2-0,7; біомаса - 0-5; гідроенергія - 0-1; сонячна (фотовольтаїчна) енергія - 0,6; вітер - 0-0,25.

Для Німеччини (найбільшого виробника електроенергії в Європі з широким розвитком енергетики на основі відновлюваних джерел енергії) зовнішні маржинальні (змінні) витрати виробництва електроенергії різними джерелами оцінюються в наступні величини (євроцентів за кВт·год): вугілля - 0,75; газ - 0,35; атомна енергія - 0,17; сонячна - 0,46; вітряна - 0,08; гідроенергія - 0,05.

Тут ми також бачимо, що енергетика на ВДЕ несе в середньому помітно менші витрати для суспільства, ніж отримання енергії з копалини.

Водночас атомна енергетика виявляє не менш високу екологічну конкурентоспроможність, незважаючи на те, що у зв'язку з відомими катастрофами на АЕС у Чорнобилі та Фукусімі її репутація в очах суспільства помітно підірвана.

Розвиток енергетики на ВДЕ вимагає додаткового використання невідновлюваних ресурсів: сировини для добрив у разі біоенергетики, металу для обладнання та будівельних конструкцій, викопного природного газу для виробництва водневого палива, енергії з копалин для роботи даних виробництв

Додаткові складнощі та проблеми пов'язані з тим, що стадії життєвого циклу можуть бути розподілені по різних країнах. Зокрема, початкові стадії, на які припадає основна частина зовнішніх витрат, такі як вирощування енергетичних культур або виробництво сонячних батарей, частіше проходять за межами Європи та Північної Америки. Так, зараз майже 60% всіх сонячних батарей у світі виробляється в Китаї.

Операційна стадія, на яку у випадку з ВДЕ припадає мінімальна частка витрат, пов'язана із західними країнами — споживачами «зеленої» енергії, а витрати завершальної стадії — утилізації також можуть виноситися в інші регіони.

Іншими словами, у випадку з енергетикою на основі ВДЕ також можливі ситуації, коли основні вигоди одержують одні групи, а витрати лягають на інших. Розподіл вигод і витрат - також важливе питання, що вже має соціальний вимір.

Фундаментальна проблема полягає в тому, що розвиток енергетики на ВДЕ вимагає додаткового використання невідновлюваних ресурсів: сировини для добрив у випадку з біоенергетикою, металу для обладнання та будівельних конструкцій, викопного природного газу для виробництва водневого палива, енергії з викопних джерел для роботи цих виробництв. Відповідно, нарощування виробництва енергії за рахунок ВДЕ вимагатиме і зростання споживання невідновлюваних ресурсів. Становище речей, за якого можна буде говорити про безумовний успіх і спроможність відновлюваної енергетики — створення повних виробничих циклів, де виробництво відновлюваної енергії забезпечується з відновлюваних джерел.

Andersen O., Unintended Consequences of Renewable Energy. Problems to be solved. Springer-Verlag. London. 2013 року.
Дегтярьов К.С. Відновлювані джерела енергії – від ентузіазму до прагматизму // Журнал С.О.К., №4/2015.
Schlomer S., Bruckner T., Fulton L., Hertwich E., McKinnon A., Perczyk D., Roy J., Schaeffer R., Sims R., Smith P. and Wiser R. Annex III: Технології-specific cost and performance parameters. In: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III до Fifth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change . Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, USA.

У світі екологічний аспект використання ВДЕ почали активно вивчати кілька десятиліть тому (фото: ejnews.ru)

І.Є.МАТВЄЄВ, зав. сектором паливно-енергетичних ресурсів

У сучасному індустріальному суспільстві (і в умовах нестримного зростання споживання товарів, які мають навмисно укорочений термін використання), енергетика є масштабним забруднювачем природи. На поточному етапі розвитку науки і техніки кожен сегмент світового енергетичного господарства деструктивно впливає на навколишній світ. Повною мірою це стосується й сфери відновлюваних джерел енергії, оскільки абсолютно “чистих” енергоносіїв та ВІЕ-пристроїв поки що не існує, хоча б з тієї причини, що об'єкти відновлюваної енергетики у будь-якому разі змінюють природний перебіг енерго- та масообміну біосфери.

При цьому екологічні ВІЕ-фактори, прямі та непрямі, відрізняються широкою різноманітністю та силою впливу. Вони виникають як на етапах будівництва, виробництва, експлуатації та утилізації ВДЕ-обладнання, так і в технологічному ланцюжку застосування "зелених" енергоносіїв, причому іноді потай і з непередбачуваними наслідками в тривалій перспективі.

Наприклад, будівництво гребель ГЕС може призводити до зниження рівня життя населення, деградації екосистем та рибних ресурсів, причому у довгостроковій перспективі. 1

Вітрова енергетика може бути джерелом негативного впливу для птахів, кажанів, водних мешканців та людини, створювати радіочастотні перешкоди; геотермальна енергетика потенційно небезпечна з погляду виникнення зсувів і провалів грунту, і навіть землетрусів.

Застосування силових ВІЕ-пристроїв нерозривно пов'язане з використанням накопичувачів енергії (хімічних, теплових, електричних, механічних, що виробляють проміжні типи енергоносіїв, наприклад водень тощо), які також забруднюють навколишню природу.

У сегменті біомаси екологічне навантаження виникає вже на етапі отримання сировини (в ході сільськогосподарських робіт, в результаті використання ГМО-рослин, вирубування лісів з метою розширення посівних площ тощо), при виробництві відповідного промислового обладнання, функціонуванні та утилізації ВІЕ-установок (викиди та відходи різних видів), у процесі випуску біопалива, а також експлуатації транспортних засобів, що застосовують біо- або змішане паливо (збільшується ймовірність скорочення технічного ресурсу двигуна, виникає необхідність застосування спеціального автомобільного обладнання, впровадження нових видів мастильних матеріалів тощо). ). Однак слід зазначити, що при вирощуванні біомаси відбувається активне поглинання СО 2 з атмосфери внаслідок реакції фотосинтезу, тому з точки зору балансу (різниці між сумарним поглинанням та сумарними викидами СО 2) емісії “парникових” газів протягом усього життєвого циклу даний сектор ВДЕ є нетто-абсорбентом двоокису вуглецю. 2

У світі екологічний аспект використання ВДЕ почали активно вивчати кілька десятиліть тому, зокрема СРСР. Нині велика база даних накопичена США; в ЄС відповідної узагальненої статистичної інформації за тривалий період спостереження відсутня через відносну “новизну” питання. 3

Як відновлювана енергетика почала завойовувати сучасний світ?

Запит на розширення використання ВДЕ сформувався ще в другій половині XX століття, коли трансформація нафтового ринку, створення нафтового картелю ОПЕК та подальші нафтова та економічна кризи 1970-х років розкрили вразливість економіки західних держав-імпортерів вуглеводнів від зовнішніх поставок сировини. Перед відповідними національними урядами гостро окреслилися завдання не лише щодо пошуку шляхів зниження енергоспоживання та оптимізації імпорту викопного палива, а й можливостей застосування альтернативних видів енергоносіїв. 4

Наприкінці 70-х років вчені СРСР констатували: "Серйозність прагнень провідних капіталістичних країн до широкого пошуку найрізноманітніших варіантів задоволення енергетичних потреб у майбутньому підтверджується масштабами робіт, що проводяться, швидким накопиченням нових результатів досліджень і розробкою все більш віддалених за очікуваними датами". 5

У 2000-х роках країни ОЕСР, вже володіючи достатнім обсягом знань і капіталу, взяли курс на новий технологічний уклад і позначили інноваційну мету - створення низьковуглецевої економіки на основі нових досягнень науки та техніки. У результаті відновлювана енергетика, сфери енергоефективності, енергозбереження, а також сектор збору СО 2 набули статусу економічних “моторів”, нових “точок” зростання та масштабну державну підтримку.

У той же час треба розуміти, що до рішень та технологій, що пропонують шляхи зниження антропогенного навантаження на навколишнє середовище (і теорію “парникового” ефекту як аргумент), традиційно домішуються політика та інтерес капіталу, що передбачає максимальне одержання прибутку. Це вносить свої корективи в якісне та кількісне наповнення кошика супутніх екологічних ВІЕ-ризиків, причому абсолютно повними та об'єктивними відповідними даними суспільство поки не має.

До подальшого розгляду даної проблематики доцільно позначити масштаб залучення відновлюваних ресурсів у діловий обіг та основні сфери використання ВДЕ.

Отже, на початку другого десятиліття століття ВІЕ-установки укоренилися на всіх "поверхах" світового господарства (від мікро- до макрорівня) і в ряді економік, потіснивши вуглеводневі енергоносії (а у ФРН і атомну енергію), отримали широке застосування у виробництві електричної та теплової енергії, а також на транспорті, флоті та в авіації.

У 2001 р. у структурі глобального енергоспоживання частка ВДЕ (без урахування великих ГЕС) оцінювалася в 0,5%, а до початку другого десятиліття цей показник наблизився до 1,6% (з урахуванням великих ГЕС – 8,1%), що у абсолютному вираженні становило дуже відчутну величину – 195 млн. т н. е. (986,3 млн. т н. е.). Для порівняння – у 2011 р. сумарне споживання первинної енергії (усіх видів енергоносіїв) у Великій Британії знаходилося на рівні 198 млн., Італії – 168 млн., Іспанії – 146 млн. т н. е. 6

У глобальному масштабі проявилися країни, в яких без використання ВДЕ економічна діяльність стала скрутною і навіть неможливою. Наприклад, Норвегія залежить від ВДЕ на 65%, Бразилія – на 39%, Канада – на 27%, Данія, Іспанія та ФРН – на 18%, 13% та 9% відповідно. 7

У докризовий 2007 р. у світовому виробництві електроенергії частку ВДЕ припадало близько 18%, при цьому основним джерелом була енергія води (ГЕС) - 86,8%. 8

Необхідно наголосити, що наведені дані базуються на офіційних статистичних даних, отриманих за методиками, що передбачають наявність певної похибки; у світі реальний обсяг використання ВДЕ (наприклад, з урахуванням спалювання дров) не піддається точному обліку.

Повернемося до екологічного аспекту ВДЕ.

Для узагальненої оцінки прямого та непрямого впливу на навколишнє середовище та як грубий інструмент порівняння недоліків та переваг об'єктів відновлюваної енергетики можуть бути використані різні критерії оцінки, наприклад, такі, як:
- Вплив на земельні ресурси;
- вплив на тваринний та рослинний світ;
- Вплив на людину;
- Вплив на водні ресурси.

У зв'язку з доктриною "чистого" розвитку загальноприйнятими є також показники, що оцінюють емісію "парникових" газів у СО 2 -еквіваленті, що утворюються під час всього життєвого циклу ВІЕ-обладнання (Life-Cycle Global Warming Emissions).

Розглянемо основні параметри, що характеризують ступінь впливу різних видів ВІЕ на навколишнє середовище, і по можливості можна порівняти з показниками для вуглеводневих енергоносіїв.

Енергія вітру широко використовується у виробництві електричної енергії. У глобальному масштабі вона має значний технічний ресурс, високий рівень доступності і сталості, а також відносну дешевизну. Вітроенергетичні установки (ВЕУ) можуть розташовуватись як на суші, так і в прибережних водах на морському шельфі. Перераховані переваги дозволяють енергії вітру конкурувати з викопним паливом; у 2011 р. у структурі виробництва електроенергії ЄС на частку цього енергоносія припадало понад 6%. 9

При наземному розташуванні обладнання безпосередньо задіюється невелика ділянка суші у вигляді кола площею 5-10 діаметрів вітрового колеса ВЕУ, а кабельне господарство прокладається під землею. Згідно з дослідженням "National Renewable Energy Laboratory" (США), загальний розмір земельної ділянки знаходиться в межах від 12 - 57 га з розрахунку на 1МВт проектної потужності установки, при цьому постійно зайнятою є лише його невелика частина - не менше 0,4 га/МВт , а 1,5 га/МВт – тимчасово (в основному – при будівництві). 10

Таким чином, основна територія навколо вежі ВЕУ може бути задіяна для інших потреб, наприклад, будівництва нежитлових та інфраструктурних об'єктів, випасу худоби тощо. Крім того, ВЕУ можуть розміщуватись на землях, непридатних для землеробства чи інших господарських потреб, а також у промислових зонах, що суттєво підвищує привабливість цього виду ВДЕ з точки зору використання земельного ресурсу.

ВЕУ, розміщені лежить на поверхні моря, займають ширшу площу, ніж наземні установки, оскільки мають значні габарити і кабельне господарство, прокладене морським дном. Вони можуть створювати труднощі для судноплавства, рибальства, туризму, видобутку піску, гравію, нафти та газу.

ВЕУ впливають на живу природу, в першу чергу на птахів, які гинуть як при безпосередньому зіткненні з вітротурбінами, так і внаслідок руйнування довкілля через штучну зміну природних потоків повітряних мас (кінець лопаті вітроколеса може переміщатися з лінійною швидкістю близько 300 км/ год).

У США вплив вітроустановок на довкілля птахів і кажанів безперервно вивчається. За даними "National Wind Coordinating Committee" ("NWCC") на рік гине 11,7 особин птахів і 43,2 кажанів з розрахунку на 1МВт встановленої потужності ВЕУ, при цьому фахівці вважають, що це не становить небезпеки для видових популяцій. 11

Скорочення смертності пернатих і кажанів сприяють оптимальний вибір місця розміщення обладнання, технічні рішення (наприклад, повна зупинка ВЕУ при швидкості вітру нижче певного рівня, відключення ВЕУ в період міграції птахів тощо), а також облік інших локальних умов, виявлених у процесі експлуатації такого обладнання.

ВЕУ морського базування також призводять до загибелі птахів, проте меншою мірою порівняно із наземними комплексами. До основного негативного впливу ВЕУ цього відносять можливе зниження популяції морських жителів і створення штучних перешкод (рифів).

На людину ВЕУ може шкідливо впливати як джерело високочастотного і низькочастотного випромінювання, шляхом візуального впливу (ефект мерехтіння, порушення краси природного ландшафту - поява нових "визначних пам'яток" і т.д.), у разі падіння ферми або механічного руйнування ВЕУ. Крім того, нещасні випадки можуть відбуватися в процесі технічного обслуговування та ремонту обладнання при зіткненні з ВЕУ літальних апаратів. Ступінь впливу перелічених чинників багато в чому залежить від конструкції вітроустановки, місця її розташування, виробничої дисципліни та повноти виконання належних організаційних заходів. Вважається, що за дотримання всіх вимог, негативний вплив ВЕУ на людину мінімальний. 12

Вплив ВЕУ на водні ресурси незначний. Вода використовується лише в процесі виробництва комплектуючих установки та при будівництві цементної основи вітротурбіни.
Обсяг шкідливих викидів у СО 2 - еквіваленті, пов'язаний з життєвим циклом ВЕУ, набагато нижче, ніж аналогічний показник для теплових електростанцій і знаходиться, як правило, в межах 10 - 20 г/кВт/год (для газових станцій - 270 - 900, вугільних - 630 - 1600 г/кВт/год). 13

Енергія сонця має величезний ресурс і може застосовуватися у виробництві теплової енергії (сонячні колектори тощо) та електричної енергії (фотогальванічні установки, сонячні концентратори, геомембранні станції тощо); ступінь впливу на довкілля значною мірою залежить від конструкції та потужності сонячного обладнання.

Площа земної поверхні, використовувана системами, діючими з урахуванням сонячної енергії, визначається типом установки. Станції малої потужності можуть мінімізувати це навантаження і розташовуватися на дахах будівель або інтегруватися в різні елементи будівель (стіни, вікна і т. д.), а промислові установки можуть задіяти велику територію. Даний показник для фотогальванічних установок (ФГУ) лежить у межах 1,5 – 4 га/МВт, сонячних концентраторів – 1,5 – 6 га/МВт.

Існують проекти сонячних концентраторів, що займають значну площу земної поверхні (порівняної з аналогічним показником для ТЕЦ та АЕС), проте елементи можуть розміщуватися на територіях, непридатних для вирощування сільськогосподарських культур, вздовж інфраструктурних об'єктів, на полігонах поховання побутових відходів або інших площ з метою на флору, фауну та людину. 14

У процесі експлуатації вплив на водні ресурси з боку ФДМ мінімально; вода використовується лише у процесі виробництва компонентів сонячної батареї. Однак конструкція сонячних колекторів передбачає використання води як теплоносій, а в деяких типах сонячних концентраторів витрата води (для охолодження системи) може досягати 2,5 тис. л/МВт/год.

Негативний вплив на людину визначається в основному процесом виготовлення кремнієвих елементів ФГУ, при якому можливий контакт із шкідливими та токсичними речовинами (соляна, сірчана та азотна кислоти, ацетон, фтористий водень, арсенід галію, телурид кадмію, мідно-індійний або мідно-галлієвий диселенид). ін). У виробництві тонкоплівкових модулів використовується менший обсяг шкідливих речовин, проте воно також потребує строго дотримання заходів безпеки.

Об'єм викидів СО 2 для ФГУ становить 36 - 80 г/кВт/год, сонячних концентраторів - 36 - 90 г/кВт/год.

Геотермальна енергія , що витягується з глибин землі (від 200 м до 10 км), може використовуватися для виробництва електричної та/або теплової енергії, а також холоду та пари, як шляхом перетворення (з використанням парових турбін), так і безпосередньо (закачуванням свердловинної рідини в системи будівель). Станом на початок 2010 р. у світі сумарна потужність геотермальних станцій, що виробляють електроенергію, становила приблизно 11 ГВт, теплову енергію – близько 51 ГВт. 15

Станції цього створюються як у регіонах, мало придатних для землеробства, і у природоохраняемых зонах. Вони можуть займати досить велику територію, наприклад, найбільший у світі геотермальний комплекс The Geysers (США) розташовується на площі більш ніж 112 кв. км, що кореспондується з питомим показником площі на одиницю потужності 15 га/МВт (ел.). 16

У гірських районах планети буріння свердловин і використання технологій, подібних до гідророзриву пласта, можуть провокувати землетруси, а паркан теплоносія з природних підземних резервуарів - викликати зсуви і провали ґрунту (тому, як правило, він закачується назад у пласт). Загалом вплив геотермальної установки на тваринний, рослинний світ і людину перебуває у прямій залежності від конструкції системи, типу енергоносія, вжитих заходів безпеки та інших факторів і, незважаючи на зазначені недоліки, знаходиться на досить низькому рівні.

У водяному контурі охолодження подібного обладнання витрата чистої води може змінюватись у межах 6 тис. - 19 тис. л/МВт/год, при цьому деякі типи станцій можуть обходитися без забору води із зовнішнього джерела шляхом використання свердловинної рідини. 17

Геотермальні станції є джерелом забруднення атмосфери, викидаючи двоокис сірки, а також сірководень, оксиди вуглецю, аміак, метан, бор та інші речовини, що може провокувати легеневі захворювання та хвороби серця у людини. Тим не менш вважається, що в даному секторі генерації емісія SO 2 в десятки разів менша порівняно з вугільними тепловими електростанціями.

Загалом при даній технології обсяг забруднення оцінюється в 90 г/кВт/год у СО 2 еквіваленті, однак для систем із замкнутим робочим контуром цей показник обмежується викидами, виробленими під час виготовлення обладнання.

Біомаса має широке застосування у виробництві теплової та електричної енергії, рідкого та газоподібного моторного палива, причому не тільки для автомобільного транспорту, а й літальних апаратів, а також суден.

Вплив даного сегменту ВДЕ на земельний ресурс, рослинний, тваринний світ та людину може бути досить значним. Так, наприклад, для розширення посівних площ технічних культур може винищуватися лісовий фонд, що призводить до скорочення ареалу проживання багатьох видів тварин та птахів; збільшення площі відповідних посівів на землях сільськогосподарського призначення загострює конфлікт із продовольчим сектором.

У той же час у світі утворюється значна кількість біологічних відходів, переробка яких сприяє очищенню довкілля.

Традиційно біомаса (деревні відходи та вугілля, солома, деякі види відходів сільського господарства та тваринництва, тверді побутові відходи тощо) використовується шляхом спалювання. В цьому випадку за ступенем впливу на навколишнє середовище вона подібна до вуглеводневих енергоносіїв, проте при цьому її перевагою є відновлюваність.

Розвиток сучасних технологій йде у напрямку створення методів виробництва біопалива другого та наступних поколінь (метанолу, етанолу, біодизельного та синтетичного палива, реактивного палива, біометану, водню тощо) шляхом піролізу, газифікації, біологічної та хімічної переробки, гідрування тощо. д., що дозволяють ефективно переробляти всі види біологічної сировини, насамперед - лігноцелюлозу. Впровадження відповідних промислових рішень (у ЄС це намічено на період після 2015 р.) дозволить вивести галузь на якісно новий рівень та пом'якшити її вплив на сільське господарство та продовольчий сектор. У довгостроковій перспективі передбачається неухильне нарощування випуску біоетанолу та біопалива, причому їхня вартість також зростатиме (очікується, що до 2021 р. на глобальному ринку ціна біодизельного палива в номінальному вираженні стабілізується поблизу позначки 1,4 дол./л., біоетанолу - 0, 7 дол./л). 18

Вплив сектора біомаси на водні ресурси може бути значним (залежно від регіону), оскільки для підвищення врожайності технічних культур потрібна певна кількість вологи. 19

Крім того, забруднення поверхневих вод регіону може відбуватися внаслідок застосування добрив та пестицидів.

У секторах виробництва теплової та електричної енергії при використанні біопалива споживання води найчастіше знаходиться в межах 1 тис. - 1,7 тис. л/МВт/год, проте для технічних потреб у системі охолодження може бути задіяна набагато більша кількість - до 185 тис. л/МВт/год. 20

При використанні біомаси шляхом безпосереднього спалювання, так з використанням методів її різних перетворень в проміжні джерела енергії, утворюються шкідливі речовини (оксиди вуглецю, азоту, сірки тощо). При цьому порівняльний аналіз викидів СО2 щодо вуглеводнів (газу, вугілля, нафтопродуктів) показує, що цей показник значною мірою залежить від типів технології та палива (в середньому - 18 - 90 г/кВт/год) і в деяких випадках для біомаси він вищий , ніж інших видів енергоносіїв.

Енергія води використовується ГЕС різної потужності - від мікро ГЕС (кілька кВт) до великих ГЕС (понад 25 МВт), що входять до національних енергосистем. Вплив даного виду ВДЕ на земельний ресурс в першу чергу залежить від типу та потужності обладнання, а також рельєфу місцевості та може досягати кількох сотень гектарів з розрахунку на 1 MW встановленої потужності.

Гідроелектростанції, особливо великих, надає значний вплив на природу та людину; воно досить докладно описано у численних наукових матеріалах різних організацій, наприклад "WWF". 21

У гідроенергетиці емісія парникових газів для малих станцій оцінюється в 4,5 - 13,5 г/кВт/год, для великих ГЕС - 13 - 20 г/кВт/год.

У ряді випадків ГЕС великої потужності можуть бути причиною підвищеного рівня викидів двоокису вуглецю та метану внаслідок гниття біомаси, затопленої під час створення греблі.

Таблиця 1.Витрата води у виробничому циклі електроенергетичних станцій різних типів 1)

1) Під витратою води розуміється її забір із зовнішнього джерела та використання шляхом подальших трансформацій (випаровування, перетворення на кінцевий продукт тощо).

Таблиця 2.Викиди шкідливих речовин в атмосферу при спалюванні різних видів палива на стаціонарному енергетичному обладнанні 1)

1) Включаючи нагрівачі, печі різного призначення, сушильне та інше обладнання; значною мірою залежать від типу сировини та конструкції агрегатів.

Розраховано автором за “US Environmental Protection Agency”, “Direct Emissions from stationary Combustion Sourсes”, May, 2008. http://www.epa.gov/climateleadership/documents/resources/stationarycombustionguidance. pdf

Таблиця 3.Порівняльні показники викидів СО 2 в залежності від типу технології та виду палива при виробництві теплової та електричної енергії

Малюнок 1.
Порівняльні показники викидів СО 2 залежно від типу технології та виду палива при виробництві теплової та електричної енергії, ф./млн.

Сторінка: “Biomass Sustainability and Carbon Policy Study”, “Manomet Center for Conservation Sciences”, 2010, p. 27. http://www.mass.gov/eea/docs/doer/renewables/biomass/manomet-biomass-report-full-hirez.pdf

Малюнок 2.
Викиди парникових газів у період життєвого циклу енергетичних об'єктів на базі різних типів енергоносіїв для різних видів енергоносіїв (г/кВт/год у СО 2 -еквіваленті) 1)

1) Наведено максимальні значення показника.

С т о ч н і к: “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, нар. 732.

Висновки:

1. Бездумне переслідування мети щодо розширення частки ВДЕ у видатковій частині енергобалансу виходячи лише з економічних і політичних міркувань може обернутися набагато важчими наслідками для екології, а далі ланцюжком - економіці в цілому, ніж використання копалин.

2. З іншого боку, слід розуміти, що повноважний облік екологічних вимог неминуче призведе до стримування розвитку енергетики, і, як наслідок, нових кризових явищ у народному господарстві. Тому, на наш погляд, необхідно розумно використовувати можливості природи для забезпечення потреб суспільства, проводити ретельну оцінку та всебічне дослідження впливу ВІЕ-об'єктів на навколишнє середовище та шукати шляхи його обмеження та запобігання.

3. В даний час країни ОЕСР завершують 40-річний етап формування сучасного вигляду відновлюваної енергетики. Вони нагромадили відповідний досвід, виявили перспективні напрямки розвитку галузі та шляхи її інтеграції в різні сектори (електричну та теплову генерацію, систему постачання рідкими видами палив тощо), а також скоригували стратегію подальшого просування ВДЕ на регіональних та світовому ринках, у тому з метою надання нового імпульсу розвитку власних економік.

4. У період після 2015 р., на нашу думку, у країнах ОЕСР очікується масштабне впровадження ВІЕ-технологій наступних поколінь, які у поєднанні з іншими досягненнями НТП (створенням нових матеріалів, розвитком інформаційно-комунікаційних технологій, розширенням інтелектуальних енергетичних мереж, широке впровадження гібридного та електричного приводу на транспорті і т. д.) піднімуть технологічний рівень енергетики на наступний щабель.

5. У країнах об'єднаної Європи відновлювана енергетика знаходиться на передньому рубежі процесу трансформації та інтеграції енергетичного ринку. Реалізація масштабних ВІЕ-проектів та створення пан-європейської інтелектуальної енергетичної системи покликане не лише підвищити рівень енергетичної безпеки, а й сприяти зміцненню єдності держав у рамках ЄС.

Висновки для Росії:

1. Росія має величезний потенціал та велику базу для розвитку відновлюваної енергетики з метою підвищення енергоефективності та зниження енерговитрат у всіх сферах економіки, розумної диверсифікації енергопостачання багатьох категорій споживачів, оздоровлення ситуації в секторі ЖКГ, а також посилення ділової активності підприємств малого та середнього бізнесу.

2. Відновлювана енергетика може стати одним із доданків процесу подолання технологічної відсталості Росії, оскільки позитивно впливає розвиток фундаментальної і галузевої науки, високотехнологічного виробничого сектора.

3. Вже в середньостроковій перспективі, на наш погляд, на вітчизняному ринку можлива активізація попиту на економічне енергетичне обладнання різних типів потужності та інтелектуальні системи, що дозволяють підвищити автономність споживачів та оптимізувати процеси вироблення енергії як на базі ВДЕ, так і у поєднанні з традиційними енергоносіями.

4. Іноземний (і в першу чергу західноєвропейський) капітал зацікавлений у розвитку сектора ВДЕ у низці країн колишнього СРСР через економічні, екологічні та інші причини (обмеженість земельних та водних ресурсів ЄС, особливості регулювання обігу ГМО-культур, необхідності у додаткових постачаннях “чистої” ” енергії, протестів мешканців низки регіонів та ін.). Для Росії це розширять вікно можливостей із залучення активних гравців ВІЕ-ринку.

5. Приплив відповідних інвестицій та реалізацію ВИЭ-проектов біля РФ необхідно суворо пов'язувати з ретельним опрацюванням екологічної складової проектів (з урахуванням досвіду та знань вітчизняних фахівців), імпортом найбільш передових технологій і устаткування, і навіть наступної максимальної локалізацією виробництва. Абсорбація “ноу-хау”, що негативно впливають на навколишнє середовище та людину, як і пасивна роль “сировинного придатку” у цьому сегменті енергетики є щонайменше деструктивними.

________________

1 WWF, “Плотини та розвиток. Нова методична основа прийняття рішень”. Звіт Всесвітньої комісії з гребель, Москва, 2009, сс. 65 – 107.

2 “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, нар. 732.

3 NABU-Bundesverband. “Windenergie und Naturschutz. Ein unlosbarer Konflikt?”, 2012, Berlin, ss. 5-7.

4 Hans R. Kramer, “Die Europaeische Gemeinschaft und die Oelkrise”, “Nomos”, Baden-Baden, 1974, с. 91.

5 Примаков Є.М., Громов Л.М., Любимов Л.Л. та ін., "Нові явища в енергетиці капіталістичного світу", ІСЕМО РАН СРСР, видавництво "Думка", 1979, стор 204.

6 “BP Statistical Review of World Energy, June 2012”, 40.

8 IEA, “Energy Technology Perspectives 2010”, стор. 126.

9 EWEA, “Green Growth. The impact of wind energy on jobs and the economy”, March, 2012, p.11.

10 “Union of Concerned Scientists”, http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-wind-power.html

11 National Wind Coordinating Committee (NWCC), “Wind turbine interactions with birds, bats, and their habitats: Summary of research results and priority questions”, 2010, pp. 4-5.

12 “Потенційні Heals Impact of Wind Turbines”, Chief Medical Officer of Heals, Report, May 2010.

13 “IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”. 540.

14 US Environmental Protection Agency, “Best practices for Sitting Solar Photovoltaics on Municipal Solid Waste Landfills”, February, 2013, pp.20-22.

15 “IPCC”, “Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation”, 2011, нар. 416.

16 "The Geysers", http://www.geysers.com/geothermal.aspx

17 Macknick, et al. 2011. A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, нар. 12.

18 OECD-FAO “Agricultural Outlook 2011-2020”, с. 79.

19 Clifton-Brown, JC; Lewandowski I. “Water Use Efficiency and Biomass Partitioning of Three Different Miscanthus Genotypes with Limited and Unlimited Water Supply”, April 12, 2000.

20 Macknick, et al. “A Review of Operational Water Consumption and Withdrawal Factors for Electricity Generating Technologies”, National Renewable Energy Laboratory, March, 2011, p. 14.

21 WWF, “Плотини та розвиток. Нова методична основа для ухвалення рішень”, Звіт всесвітньої комісії з гребель. Москва, 2009 р.