Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Альтернативная энергетика

Понятие, классификация и перспективы возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

Понятие возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения.

Характерной особенностью ВИЭ является их неиcтощаемость, либо способность восстанавливать свой потенциал за короткое время в предела срока жизни одного поколения людей.

Почти 40 лет назад Генеральной Ассамблеей ООН в соответствии с резолюцией 33/148 (1978г.) введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии», в которое включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников, гидроэнергия [1, с. 31].

Чаще же всего к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, ветра, потоков воды, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.

ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:

механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);

тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);

химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).

Энергетический же потенциал ВИЭ может оцениваться различными значениями в зависимости от степени учета технико-экономических аспектов применения возобновляемой энергетики.

С этих позиций принято выделять валовый потенциал ВИЭ, технический потенциал ВИЭ и экономический.

Валовый потенциал - это количество энергии, заключенное в даном виде энергоресурса, при условии ее полного полезного использования.

Технический потенциал - это часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию целесообразно при соответствующем уровне развития технических средств [1, с. 51].

Экономический потенциал ВИЭ - часть технического потенциала, который экономически целесообразно преобразовывать в полезную энергию при конкретных экономических условиях.

Таблица 1 Потенциал ВИЭ в мире, Эдж/год [1]

Источник энергии

Используемый потенциал в 2010 г.*

Технический потенциал

Теоретический потенциал

Гидроэнергия

24,0

50

150

Энергия биомассы

50,0

>250

2900

Солнечная энергия

3,0

>1600

3900000

Ветровая энергия

0,5

600

6000

Геотермальная энергия

2,5

5000

140000000

Энергия океана

-

-

7400

Всего

80,0

>7500

>143000000

* Оценка

Однако использовать и сохранить эту энергию в реальных условиях сложно.

Если использовать понятие качества энергии - коэффициент полезного действия, определяющий долю энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу, то ВИЭ можно классифицировать следующим образом: возобновляемые источники механической энергии характеризуются высоким качеством и используются в основном для производства электроэнергии [7, с. 42].

Так, качество гидроэнергии характеризуется значением 0,6-0,7; ветровой - 0,3-0,4. Качество тепловых и лучистых ВИЭ не превышает 0,3-0,35. Еще ниже показатель качества солнечного излучения, используемого для фото электрического преобразования, - 0,15-0,3. Качество энергии биотоплива также относительно низкое и, как правило, не превышает 0,3.

Однако, следует заметить, что технический прогресс вносит постоянные изменения в количественные показатели К.П.Д. того или иного ВИЭ, что, в свою очередь, приводит к изменениям структуры альтернативной энергетики.

Рассмотрим каждый вид энергии подробнее.

Следует начать с солнечной энергии, как с наиболее перспективного источника. У солнечной? энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собои? нежелательных экологических последствии?.

Но, к сожалению, имеется и ряд недостатков. Использованию солнечной? энергии препятствует ряд факторов. Хотя и полное количество этои? энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается [10, с. 44].

Чтобы получать большое количество энергии, требуются коллекторные поверхности огромной площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: банально, конечно, но солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечнои? энергии. И, наконец, многие виды применения солнечнои? энергии еще как следует не изучены и их экономическая рентабельность не доказана.

Другим перспективным альтернативным источником энергии является геотермальная энергия. Геотермальная энергия, т. е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новои? Зеландии.

В чем же ее суть? Земная кора толщинои? 32-35 км значительно тоньше лежащего под неи? слоя - мантии, простирающеи?ся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются деи?ствующими вулканами. В результате выделяется тепло. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии.

Кроме того, горячие породы могут создавать тепловые «мешки» под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар. Поскольку такие «мешки» обычно герметичны, горячая вода и пар часто оказываются под большим давлением, а температура этих сред превышает точку кипения воды на поверхности земли.

Однако основным недостатком геотермальнои? энергии является то, что ее ресурсы локализованы и ограничены. Существенного вклада этого ресурса в энергетику можно ожидать только в локальных географических зонах.

Далее стоит отметить традиционный возобновляемый источник энергии гидроэнергетику. Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой? во всем мире. Так, например, Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергиеи?. А на гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемои? с помощью плотин [1, с. 131].

Несомненно, гидроэнергия - один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточнои?, речнои? и дождевои? водои?. Единственное, что остается под вопросом, целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Также существуют приливные электростанции, в которых используется перепад уровнеи? воды, образующии?ся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежныи? бассеи?н невысокои? плотинои?, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают и она вращает гидротурбины.

Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, дабы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

Наиболее применимым альтернативным источником энергии является ветроэнергетика. Например, исследования, проведенные Национальнои? научнои? организациеи? США и НАСА, показали, что в США значительные количества ветроэнергии можно получать в раи?оне Великих озер, на Восточном побережье и особенно на цепочке Алеутских островов. Максимальная расчетная мощность ветровых электростанции? в этих областях может обеспечить 12 % потребности США в электроэнергии.

Вероятным энергетическим ресурсом являются твердые отходы и биомасса. Примерно половину твердых отходов составляет вода. Самое большее, что могут дать твердые отходы - это энергию, соответствующую примерно 3 % потребляемои? нефти и 6 % природного газа. Следовательно, без радикальных улучшении? в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большои? вклад в производство электроэнергии.

На биомассу - древесину и органические отходы - приходится около 14 % полного потребления энергии в мире. Биомасса - обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.

Кроме того, были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов.

В Бразилии, например, сахарныи? тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителеи?. При правильном ведении хозяи?ства такои? энергоресурс может быть восполняемым.

Однако в настоящее время необходимы дополнительные исследования быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.

Подводя итоги, следует привести значения потенциальных возможностей нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в год [1, с. 156]:

  • ? энергии Солнца - 2300 млрд т усл. топл;
  • ? энергии ветра - 26,7 млрд т усл. топл;
  • ? энергии биомассы - 10 млрд т усл. топл;
  • ? тепла Земли - 40000 млрд т усл. топл;
  • ? энергии малых рек - 360 млрд т усл. топл;
  • ? энергии мореи? и океанов - 30 млрд т усл. топл;
  • ? энергии вторичных низкопотенциальных источников тепла - 530 млрд т усл. топл.
Расположение объектов нетрадиционнои? и возобновляемои? энергетики на территории России [1]

Рисунок 1 Расположение объектов нетрадиционнои? и возобновляемои? энергетики на территории России [1]

На рис. 1 приведено расположение наиболее значимых объектов нетрадиционнои? и возобновляемои? энергетики на территории России. По имеющимся оценкам, техническии? потенциал ВИЭ в России составляет порядка 4,6 млрд т усл. топл в год, что превышает современныи? уровень энергопотребления России, составляющии? около 1,2 млрд т усл. топл в год. Экономическии? же потенциал НВИЭ определен в 270 млн т усл. топл в год, что составляет около 25 % от годового внутрироссии?ского потребления. В настоящее же время экономическии? потенциал ВИЭ существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного топлива и удешевлением оборудования возобновляемои? энергетики за прошедшие годы.

Однако на данный момент вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик. По данным компании BP, в 2011 году мировое энергопотребление составило 12 274,6 млн. т.у.н.т., при этом, на долю ВИЭ пришлось:

Гидроэнергетика - 791,5 млн. т.у.н.т., что составило 6,4% от общего энергопотребления;

Биотопливо - 58,8 млн. т.у.н.т., что составило 0,05% от общего энергопотребления;

Остальные виды ВИЭ - 194,8 млн. т.у.н.т., что составило 1,55% от общего энергопотребления

Тем не менее, именно с нетрадиционными ВИЭ ученые главным образом связывают будущее возобновляемой энергетики. Об обоснованности такого мнения говорит не только их огромный теоретический и технический потенциал, но и быстрый рост мощностей возобновляемой энергетики в последние годы. Так, в таблице 2 указаны среднегодовые темпы прироста мощностей нетрадиционных ВИЭ по отдельным носителям в период с 2002 по 2006 годы:

Таблица 2 Темпы роста различных источников энергии [1]

Темпы прироста установленных мощностей за 2006 г.

%

Фотогальванические установки, подключенные к распределительным сетям

60

Биодизельные установки

40

Ветроэнергетические установки

25

Геотермальные тепловые станции

24

Фотогальванические установки, работающие автономно

18

Гелиотермальные станции

16

Кроме того, по данным компании BP, только за один год с 2010 по 2011 гг., выработка энергии с использованием нетрадиционных ВИЭ выросла в мире с 165,5 млн. т.у.н.т. до 194,8 млн. т.у.н.т., т.е. на 18%, что, безусловно, выступает за использование альтернативных источников энергии.

Такаим образом, именно с нетрадиционными ВИЭ ученые главным образом связывают будущее возобновляемой энергетики.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее