Устойчивое развитие общества возможно только в условиях энергосбережения, т.е. разработки систем, более эффективно использующих энергию, обеспечивают такой же или даже более высокий уровень транспортных услуг, освещения, отопления и при меньших энергозатрат.
И здесь нет никаких противоречий с законами термодинамики. Сейчас 60-80% потребленной энергии не превращается в полезную работу, а теряется в виде тепла. Сущность энергосбережения заключается в уменьшении этих убытков. Возможности энергосбережения широко используются в мире. Это, например, уменьшение расходов автомобильного топлива; внедрение новых технологий в производственный процесс и др.. Разработаны, но пока мало используются следующие основные направления энергосбережения:
- Улучшение теплоизоляции помещений, в связи с чем уменьшатся энергозатраты на отопление и охлаждение;
- Замена традиционных ламп флуоресцентными. В первых коэффициент полезного действия (КПД) составляет 5%, а 95% расходуется в виде тепла, в других - почти 95%;
- Когенерация. Электричество обычно производят на электростанциях, где 60-70% энергии топлива расходуется в виде тепла, поэтому на отопление используется дополнительное топливо.
Когенерация - это размещение электрогенератора вместе с его источником энергии непосредственно в каждом здании. Если при этом использовать тепло, которое выделяется при получении электричества, для отопления и горячего водоснабжения, можно экономить до ЗО% и больше топлива. Когенерация энергосберегающая и экологически безопасна.
Учитывая мировую тенденцию к значительному удорожанию энергоносителей, эффективное применение собственных и импортируемых энергоресурсов является крайне необходимым. Промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) в Украине энергоемкие. ЖКХ ежегодно потребляет 10 млрд. кВт ? ч электроэнергии и около 8 млрд. м3 природного газа. В себестоимости таких услуг, как тепло-, водоснабжения и водоотведения себестоимость энергоресурсов составляет 60-70%. В Украине работают 10,5 тыс. тепловых котлов, КПД которых не превышает 50-70%. Современный стандарт КПД для теплового котла достигает 90-95%. Замена старых котлов позволит сократить расход природного газа в ЖКХ на 15-30%.
Как известно, по инициативе Совета национальной безопасности и обороны Украины (СНБОУ), рассматривается возможность создания Национального агентства по энергосбережению, задачи которого заключаются в формировании, ведении мониторинга реализации государственной политики в энергосбережении, включая систему как стимулов, так и контроля по эффективному использованию энергоресурсов на основе оптимального баланса как административных, так и экономических методов.
Эксперты убеждены, что для эффективной работы этого агентства нужно его создать в форме всеукраинской государственной компании, которая имела бы возможность не только внедрять в жизнь энергосберегающие технологии за бюджетные средства, но и самостоятельно зарабатывать деньги на энергосбережении. Прибыль такой компании - это револьверные средства, вновь направляются на программы энергосбережения. На высшем уровне также рассмотрен проект энергетической стратегии Украины до 2030 г. Этот документ должен реформировать топливно-энергетический комплекс, сделать его высокоэффективным и экономичным.
Таким образом, использование ископаемого топлива и ядерной энергии противоречит принципу устойчивого развития, поскольку эти ресурсы невозобновляемые, а их использование загрязняет окружающую среду. Движение к устойчивому развитию общества требует медленной ликвидации зависимости от ископаемого топлива. Поэтому вторым путем по преодолению современной энергетического кризиса является переход к использованию альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Альтернатива (от франц. Alternative, от лат. Alter - один из двух) - это необходимость выбора одной из двух или нескольких возможностей взаемовиключаються. Альтернативными источниками энергии называют такие материальные средства ее производства, которые могут противопоставляться основным, которые на сегодня используются как противовес или замена. В Закон Украины "Об альтернативных источниках энергии" от 20 февраля 2003 г. № 555-IV альтернативные источники энергии определяются так: "Это возобновляемые источники, к которым относятся энергия солнечного излучения, ветра, морей, рек, биомассы, теплоты Земли и вторичные энергетические ресурсы, существуют постоянно или возникают периодически в окружающей среде ". Т.е. в состав альтернативной энергетики включает следующие виды: гелиоэнергетика, смешанная, био-, ветро-, гидро-, геотермо-, космическая энергетика, энергетика вторичного использования выкидного тепла.
С 2000 г. потребление природного газа в Украине ежегодно увеличивается на 1 млрд м3, а по итогам 2005 p., Может вырасти на 2 млрд м3. На сегодня Украина занимает девятое место в мире по использованию голубого топлива. Поэтому важной является необходимость уменьшения потребления природного газа в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Сейчас поиск альтернативных энергоносителей как никогда актуален. Теоретические залежи шахтного метана на украинских угольных шахтах составляют 3 трлн м3. Некоторые газовые скважины на угольных месторождениях могут дать 6 млн м3газу в сутки. Однако в связи со сложностью его промышленной добычи и дорогостоящим оборудованием, которое в Украине не производится, проблема добычи шахтного метана - это, прежде всего, технологическая проблема, которая требует значительных инвестиций.
Сопутствующий газ нефтяных месторождений в Украине не используется. Это тот самый газ, который сжигают в факелах около места добычи. По химическим свойствам он в основном едкий и агрессивен, поэтому его трудно хранить, перерабатывать в конденсат и транспортировать до потребителей. По оценкам экспертов, в Украине сгорает в факелах в эквиваленте теплотворности до тонны сырой нефти более 30 млн т некондиционного сопутствующего горючего газа. Если это количество умножить на стоимость тонны нефти, то только на украинских месторождениях в трубу ежегодно "вылетает" почти 11 млрд дол. США. Конечно, следует учитывать, что некондиционный газ значительно дешевле чем нефть. Но даже если он вдвое дешевле, ежегодные потери в объеме 5 млрд дол. США - это слишком. Если овладеть специальные технологии, этот газ можно перерабатывать, транспортировать и с помощью него обогревать здания зимой. При этом добывающие компании будут получать значительную прибыль.
Проблемам использования нетрадиционных, возобновляемых и внебалансовых источников энергии (НВИЭ) значительное внимание в Украине начали уделять лишь после провозглашения независимости, тогда как в развитых странах эти вопросы решали уже с середины 70-х годов XX в., Когда начались активные научно-технические разработки и постепенное внедрение технологий на основе НВИЭ.
Развитие НВИЭ обусловлен следующими факторами:
- Под влиянием энергетических кризисов, охвативших развитые капиталистические страны в 70-х годах XX в., Было сделано пессимистические прогнозы относительно возможностей использования традиционных видов топлива в долгосрочной перспективе и значительного роста цен на традиционные виды органического топлива даже в краткосрочной перспективе. В связи с этим начались активные работы по созданию альтернативных технологий производства электро-и теплоэнергии, прежде всего, на базе возобновляемых источников энергии: ветра, биомассы и отходов, гелио-и геотермальной энергии;
- Одновременно проблемы загрязнения окружающей среды волновавшие широкие слои населения, прежде всего, в индустриально развитых демократических странах. Это обеспечило значительную экономическую поддержку развитию экологически чистых технологий производства электроэнергии как на уровне управления государством, так и на уровне местной власти, учитывая политические соображения относительно поддержки гражданами на выборах в соответствующие органы;
- С середины 80-х годов XX в. определили особую опасность продолжения неконтролируемого увеличения выбросов газов, вызывающих парниковый эффект: СО2, СН4, N2О, СхНу, NОх и некоторых других. Рост этих выбросов, как свидетельствуют проведенные во многих странах мира исследования, может вызвать экологическую катастрофу. Поэтому сейчас многие государства взяли на себя обязательства (Киотский протокол) по ограничению выбросов таких газов, что будет трудно обеспечить без широкого внедрения возобновляемых источников энергии;
- Решение социально-экономических проблем путем создания новых рынков высокотехнологичного оборудования, рабочих мест.
На начальном этапе внедрения технологий производства энергии на базе НВИЭ осуществлялось с помощью политики значительной поддержки нетрадиционной и возобновляемой энергетики в развитых странах мира, ведь учитывая экономическую эффективность, они значительно уступали традиционным технологиям производства топливно-энергетических ресурсов, а существенная доля технологий использования НВИЭ и на сегодня является неконкурентоспособной о традиционных технологий, несмотря на существенное улучшение их технико-экономических показателей. Впрочем, для некоторых технологий использования НВИЭ обусловлено экологическими факторами, а не производством топливно-энергетических ресурсов: производство биогаза из канализационных стоков, отходов животноводства и птицеводства, сжигание отходов и утилизация метана со свалок бытовых твердых отходов и т.д., а некоторые технологии использования НВИЭ могут только дополнять традиционную энергетику, прежде всего касается использования энергии ветра, поскольку мощность ветроэлектростанций следует почти на 100% резервировать традиционными электростанциями с целью обеспечения надежности электроснабжения и нормативного качества электрической энергии.
Во времена вхождения Украины в СССР низкие цены на традиционные энергоресурсы, их большие запасы и практическое пренебрежение экологическими проблемами вызывали отсутствие интереса к развитию НВИЭ. После провозглашения независимости ситуация а энергообеспечением в стране принципиально изменилась, поэтому внедрение НВИЭ рассматривалось как одна из мер по уменьшению энергетической зависимости Украины от импорта энергоресурсов. Больше внимания уделялось также экологической ситуации в государстве.
Планы развития НВИЭ в стране конкретизированы и детализированы в разработанной во исполнение Указа Президента Украины "Программе государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, малой гидро-и теплоэнергетики" от 2 апреля 1997 г. № 285, одобренной постановлением Кабинета Министров Украины от 31 декабря 1997 г. № 1505 как составную Национальной энергетической программы Украины. Но в условиях сложной экономической ситуации и потребности значительных инвестиций на развитие технологий использования НВИЭ реализовать эти планы в полном объеме не удалось, и как результат - за 1997 - 2001 pp. программу НВИЭ выполнили всего на 26%.
Вместе с тем значительно меньшие цены на электро-и теплоэнергию в Украине по сравнению с развитыми странами мира, где использование НВИЭ получило наибольших масштабов, объективно сдерживают развитие их использования. Поэтому, несмотря на существенный потенциал основных видов возобновляемых источников энергии, их практическое использование на сегодня составляет лишь незначительную часть в топливно-энергетическом балансе Украины.
Итак, рассмотрим альтернативные, или нетрадиционные, и возобновляемые источники энергии. Одним из таких источников является энергия Солнца. Солнечная энергия - это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы почти неисчерпаемые (ученые подсчитали, что Солнце "светить" еще несколько миллиардов лет), она относится к воспроизводимых энергоресурсов.
В естественных экосистемах лишь небольшое количество (менее 1%) солнечной энергии поглощается хлорофиллом, который содержится в листьях растений и используется для фотосинтеза, т.е. образования органического вещества из углекислого газа и воды. Солнечную энергию нужно использовать так, чтобы ее стоимость была минимальной или вообще равна нулю. По мере совершенствования технологий и в связи с подорожанием традиционных энергоресурсов эта энергия находить новые сферы применения. Рассеянность солнечной энергии - главное препятствие для ее использования. Лишь 3,5% солнечной энергии, попадающей на Землю, может обеспечить все энергетические потребности человечества на неограниченное время.
Солнце - это мощный источник экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы попадает 1300 Вт солнечной энергии. Интенсивность солнечного излучения, которое достигает Земли, зависит от нескольких факторов, прежде всего, от географической широты местности. Наибольшая она на экваторе (до 2300кВт/м2 в год), а на широте Украина (45 °) составляет почти 1000 кВт/м2 в год.
Оценка гелиоэнергетические ресурсов осуществляется на основе многолетних наблюдений за свойствами солнечной радиации. Важным показателем является продолжительность солнечного сияния и облачность, поскольку переривчатисть в процессе попадания солнечной радиации (в связи с чем теряется значительная часть энергии) негативно влияет на работу гелиоустановок. Оценка потенциала солнечной энергии включает данные о среднем распределении прямой, рассеянной и суммарной радиации; эти показатели отражают общие закономерности поступления солнечной энергии.
Целесообразность использования солнечной энергии в любом районе определяется изменчивостью месячных сумм суммарной радиации. Наименьшая изменчивость суммарной радиации в Украине наблюдается на Южном берегу Крыма, где рост повторяемости ясных дней обеспечивает большую устойчивость солнечной энергии. Также достаточно устойчивыми показателями потенциала солнечной энергии характеризуются районы Причерноморской и Приазовской низменностей, Донецкой и Приднепровской возвышенностей, Закарпатской низменности. Итак, Южный берег Крыма лучше обеспечен ресурсами солнечной энергии.
Сейчас есть такие направления использования солнечной энергии:
- Получение электрической энергии;
- Получение бытового тепла;
- Получение высокотемпературного тепла в промышленности и на транспорте.
Наибольшие успехи достигнуты в установках так называемой малой энергетики. Для получения электроэнергии используют несколько методов. Перспективным считается метод непосредственного преобразования излучения в электрическую энергию с помощью солнечных батарей. Электроэнергию можно получать с помощью генераторов, использующих тепловое воздействие солнечных лучей (паротурбинные, термоионного, термоэлектрические). Одной из таких станций является солнечная электростанция (СЭС), построена в Крыму близ Керчи.
Это станция башенного образца: в центре круга диаметром 500 м установлено 70-метровую башню с парогенератором на верхушке, его окружают 1600 гелиостатов - подвижных зеркал площадью 5x5 м, которые направляют солнечные лучи на парогенератор, нагревают в нем воду и превращают ее в пар с температурой 300 ° С. Пара движет турбину с генератором. Мощность станции составляет 1200 кВт. Станция экспериментальная. По некоторым расчетам, построенные по такому принципу СЭС могут иметь мощность до 100 тыс. кВт. Высота башни такой станции при этом должна достигать 200-300 м.
В ясный день гелиоустановки могут использовать почти всю солнечную радиацию, за исключением утренних и вечерних часов, когда ее мощность слишком мала. Продолжительность солнечного сияния обусловлена изменчивостью облачности. Например, она изменяется в год от 1794 часов (Харьков) до 2470 (Симферополь). Значение средней продолжительности солнечного сияния за день с апреля по сентябрь изменяются в пределах Украины от 6 до 11 часов * 57. Конечно, непрерывная продолжительность солнечного сияния обеспечивает наименьшие затраты энергии на разогрев гелиоустановки. Если она превышает шесть часов, то обеспечивает рентабельную работу гелиоустановок. Максимальная повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния более шести часов в апреле - сентябре наблюдается на Южном берегу Крыма (44-48%).
Световое излучение можно улавливать и использовать непосредственно, когда оно достигает Земли, - это непосредственное использование солнечной энергии. Кроме того, солнечная энергия обеспечивает круговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества в биосфере. Применение этих энергоресурсов является, по сути, косвенным (опосредованным) использованием солнечной энергии. Согласно официальным данным, качественно спроектирован дом с солнечной системой отопления позволяет экономить до 75% расходов на топливо практически в любых климатических условиях. То же можно сказать и о горячее водоснабжение. В среднем в домашнем хозяйстве на нагрев воды тратится от трети до половины всей потребляемой энергии.
Солнечная энергия может использоваться с целью получения бытового тепла (если нужны источники тепла 100-150 ° С) - отопление жилых помещений. Разработаны проекты солнечных домов, которые уже реализованы в некоторых странах (США, Туркменистан, Узбекистан). Здесь применяется солнечные лучи, что попадает на крышу и стены здания, покрытые специальными коллекторами тепла, где нагревается вода до 95 ° С.