Перспективні види альтернативних палив та можливості їх використання

На сьогоднішній день Україна займає дев'яте місце в світі по використанню блакитного палива. Тому важливою є необхідність зменшення споживання природного газу в промисловості та житлово-комунальному господарстві. Зараз пошук альтернативних енергоносіїв як ніколи актуальний. З 2000 споживання природного газу в Україні щорічно збільшується на 1 млрд м³.

Проблемам використання нетрадиційних, відновлювальних і позабалансових джерел енергії (НВДЕ) значну увага в Україні почали приділяти лише після проголошення незалежності, тоді як в розвинених країнах ці питання вирішували вже з середини 70-х років XX ст., коли почалися активні науково-технічні розробки і поступове впровадження технологій на основі НВДЕ.

Разом з тим значно менша за ціну на електро- і теплоенергію в Україні у порівнянні з розвиненими країнами світу, де використання НВДЕ набуло найбільших масштабів, об'єктивно стримують розвиток їх використання. Тому, незважаючи на істотний потенціал основних видів поновлюваних джерел енергії, їх практичне використання на сьогодні становить лише незначну частину в паливно-енергетичному балансі України.

Отже, розглянемо альтернативні, або нетрадиційні, і поновлювані джерела енергії. Одним з таких джерел виступає сонячна енергія, ресурс якої є майже невичерпний.

Сонячну енергію потрібно використовувати так, щоб її вартість була мінімальною або взагалі дорівнює нулю. У міру вдосконалення технологій і в зв'язку з подорожчанням традиційних енергоресурсів ця енергія буде знаходити нові сфери застосування. Розсіяність сонячної енергії - головна перешкода для її використання. Лише 3,5% сонячної енергії, що потрапляє на Землю, може забезпечити всі енергетичні потреби людства на необмежений час.

Сонце - це потужне джерело екологічно чистої енергії. На кожен квадратний метр поверхні земної атмосфери потрапляє 1300 Вт сонячної енергії.

У ясний день геліоустановки можуть використовувати майже всю сонячну радіацію, за винятком ранкових і вечірніх годин, коли її потужність дуже мала.

Згідно з офіційними даними, якісно спроектований будинок з сонячною системою опалення дозволяє економити до 75% витрат на паливо практично в будь-яких кліматичних умовах. Те ж саме можна сказати і про гаряче водопостачання. В середньому в домашньому господарстві на нагрів води витрачається від третини до половини всієї споживаної енергії.

Сонячна енергія може використовуватися також з метою отримання побутового тепла - опалення житлових приміщень. Тут застосовується сонячні промені, що потрапляють на дах і стіни будівлі, вкриті спеціальними колекторами тепла, де вода нагрівається до 95°С. Для збереження тепла, зокрема, на зимовий період, ніч і хмарні дні частина тепла відводиться в спеціальні резервуари, розташовані в підвальних приміщеннях і заповнені щебенем, а акумульоване тепло використовується лише тоді, коли в ньому виникає необхідність. Влітку сонячна система такого будинку може застосовуватися і для охолодження приміщень (кондиціонування повітря). З цією метою колектори днем відключаються, а вночі працюють, охолоджуючи щебінь в резервуарах нічним прохолодним повітрям. Потім, протягом спекотного дня, охолоджений щебінь "забирає" тепло з приміщень.

Також сонячна енергія може використовуватися для приготування їжі, сушіння зерна та фруктів, опріснення води, підйому води з глибоких колодязів та ін. Уже розроблено досить зручні пристрої для таких цілей, наприклад, параболічні дзеркала діаметром майже 1,5 м. У фокусі такого дзеркала чайник з трьома літрами води закипає за 10 хвилин.

Головним недоліком сонячної енергії є те, що для перетворювальних установок потрібні великі площі, розташовані недалеко від споживача, адже втрати при передачі електроенергії можуть бути занадто великими.

Вітроенергетика – також один з важливих напрямків в якому вбачається значна перспектива використання як нетрадиційного виду енергії. Зараз вітроенергетичні установки діють майже в 95 країнах світу. Наприклад, Данія отримує 8% електроенергії від вітру; найпівнічніша земля Німеччини - Шлезвіг-Голдштейн - 11; Наварра, промислова провінція на півночі Іспанії - 20%.

Світові запаси вітроенергії дуже великі. Наприклад, Китай, багатий вітроенергії, міг би подвоїти виробництво електроенергії тільки за допомогою власне вітру. Міністерство енергетики США в реєстрі вітрових ресурсів зазначає, що три штати - Північна Дакота, Південна Дакота і Техас - мають досить великі запаси вітроенергії, придатної для використання, щоб забезпечити всю національну потребу в електроенергії. Україна також має потужні ресурси вітрової енергії річний технічний вітроенергетичним потенціал. Але технічно досяжним і доцільним є використання 15-19% природного річного обсягу енергії вітру.

З економічної точки зору вітротехнологія є найдешевшим способом вироблення електроенергії. Основне капіталовкладення - це виробництво і монтаж генератора, а потім вже справа за вітром.

Інший видом альтернативного палива є енергія біомаси тобто органіки, що утворилася шляхом фотосинтезу, яка може бути використана як сировина для спалювання, а також перетворення в метан (природний газ).

Крім рослинного матеріалу, отримувати енергію можна і з різних твердих і рідких відходів, що утворюються в великих кількостях в процесі життєдіяльності людей. Це побутові відходи, каналізаційні стоки міст, стоки і відходи виробництва та переробки сільськогосподарської продукції, багато органічних залишків після лісозаготівель і переробки деревини тощо. Зараз вже є технологи, що дозволяють отримувати з цих органічних залишків енергію.

Біотехнологічний метод переробки з використанням метанобактерій органічних відходів має багато переваг. Ці мікроорганізми активно розвиваються в будь-яких органічних залишках, а в результаті процесів їх життєдіяльності утворюється біогаз - суміш метану (70%) і вуглекислого газу (30%). Теплоємність біогазу досить велика: 1 м³ утворює стільки тепла, скільки 600-800 г антрациту. Тонна органічних залишків (гній, сміття та ін.) Дає до 500 м³ біогазу. Хоча цей процес відбувається повільно, але безсумнівною його перевагою є те, що більше 80% енергії, що міститься в стічних водах або відходах, виводиться у вигляді пального газу.

Технологія отримання біогазу проста: гноєм, сміттям, соломою, листом заповнюють бетонні ємності або колодязі будь-якої величини. Вони повинні бути щільно закриті, щоб туди не потрапляв кисень. Газ, що утворюється в процесі бродіння, відводять в приймальні пристрої або безпосередньо в газову плиту.

Ресурси відновлюваної паливної біомаси складають в Україні майже 115-120 млн т на рік. Ці ресурси, за умови їх повного використання, дозволили б замістити на третину обсяги традиційного палива. Наприклад, такі види палива, як солома або очерет, ігноруються і вважаються вторинними. Щорічно після збору зернових на величезних площах спалюють солому, що формально заборонено з екологічних міркувань, проте аграрії цього не враховують. Тим часом сільгоспвиробники можуть заробляти на соломі гроші, але попиту на неї немає. Дійсно, в системах індивідуального опалення солома й очерет як паливо не дуже практичні: вони вимагають чимало місця для складування, тюки громіздкі при транспортуванні. Однак ці недоліки є малозначущими в процесі енергетичного спалювання дешевої соломи в комунальних енергетичних системах малих і середніх міст та селищ, де кожного опалювального сезону в основному населення замерзає в зв'язку з нестачею коштів на закупівлю достатньої кількості енергетичного вугілля, мазуту або газу.

Кілька вітчизняних підприємств (в Рівному та Житомирі) освоїли серійне виробництво високоефективних промислових опалювальних котлів, паливом для яких є солома та інші органічні горючі матеріали (наприклад, відходи деревообробної та паперової промисловості). Однак в Україні на ці котли немає попиту, зате їх із задоволенням купують німецькі, австрійські, іспанські і французькі енергетичні та комунальні компанії, адже це вигідно - заробляти гроші на відходах. В Україні щорічно втрачається або спалюється 5 млн т надлишкової соломи. Економічний ефект від використання відновлюваної паливної біомаси очевидна. Особливо вигідно встановлювати такі котли в райцентрах і містах обласного значення, безпосередньо розташовані поблизу джерел відновлюваної горючої біомаси. Тільки шляхом спалювання в теплових котлах надлишкової соломи в Україні можна зменшити щорічне споживання природного газу в комунальному господарстві на 1,4-1,6 млн м³. Резерви для енергозбереження та використання альтернативних джерел енергії в Україні величезні, але їх потрібно якомога швидше освоювати.

Утилізація відходів деревини та виробництва сільськогосподарських культур (надлишок соломи злаків, стебла і качани кукурудзи, стебла і кошики соняшнику, багаття луб'яних культур) з отриманням енергетичного ефекту можлива за технологіями їх безпосереднього спалювання в енергетичних установках і шляхом конверсії на горючі гази (біогаз і генераторний газ ) з подальшим використанням в якості моторного, так і котельно-пічного палива.

Оскільки технології безпосереднього спалювання цих відходів з отриманням тепла в Україні відпрацьовано, для них випускається вітчизняне обладнання і вони є економічно доцільними з огляду на широке впровадження, тоді як технології їх конверсії в біогаз і генераторний газ потребує вирішення низки питань з метою забезпечення - уточнення техніко економічних показників відповідних технологій , економічної ефективності використання цих газів для виробництва електроенергії та / або тепла і в якості моторного палива.

Отже, для України внаслідок значного зменшення власних традиційних паливно-енергетичних ресурсів потрібно вирішити важливу стратегічну задачу по підвищенню ефективності виробництва, перетворення і використання всіх видів енергії. Головними напрямками розвитку сучасної енергетики України є розробка та впровадження високоефективних енергозберігаючих технологій в традиційній енергетиці, широке використання альтернативних, в тому числі нетрадиційних і поновлюваних джерел енергії. Науково-технічний рівень промисловості країни при відповідному фінансового і законодавчого забезпечення придатний для реалізації передбачених перспектив у розвитку відновлюваних джерел енергії. Поновлювану енергетику в Україні визнали на державному рівні і підтримали в ряді державних програм, основною метою яких є побудова стабільної енергетичної бази.