Відновлювана енергетика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Вітряк у Пирогові. Вітряки — один із прикладів застосування енергії вітру для потреб людини.

Відно́влювана енерге́тика (англ. renewable energetics) — енергетична галузь, що спеціалізується на отриманні та використанні енергії з відновлюваних джерел енергії. До відновлюваних джерел енергії належать періодичні або сталі потоки енергії, що розповсюджуються в природі і обмежені лише стабільністю Землі як космопланетарного елемента: променева енергія Сонця, вітер, гідроенергія, природна теплова енергія тощо[1].

Розвиток відновлюваної енергетики має величезне значення з огляду на подальшу долю людства, оскільки горючі корисні копалини, що є основою виробництва енергії на початку 21 ст., мають обмежені запаси, які рано чи пізно будуть вичерпані. Ідеальним для виживання людства був би сталий розвиток, концепція, за якою виробництво й споживання в суспільстві були б збалансовані так, щоб не залежати від ресурсів, доступних лише тимчасово.

Джерела відновлюваної енергетики[ред.ред. код]

Джерело: EPIA

Потік сонячного проміння на Землю, який отримує енергію завдяки термоядерному синтезу в глибині Сонця — джерело більшості видів відновлюваної енергії, за винятком геотермічної енергії та енергії припливів і відливів (див. Природні енергетичні ресурси). За розрахунками астрономів Сонцю ще залишилося жити близько п'яти мільярдів років, тому за масштабами людського життя відновлюваній енергії, що походить від Сонця, виснаження не загрожує.

У строго фізичному сенсі, хоча й вживається термін «відновлювана енергетика», енергія в її джерелах не відновлюється, а тільки постійно вилучається. З сонячної енергії, що прибуває на Землю, лише дуже невелика частина трансформується в інші форми енергії, а велика частина просто йде в космос.

Термін «відновлювана енергетика» вживається на противагу використанню енергоносіїв, таких як видобуток копалин, до яких належать, наприклад, кам'яне вугілля, нафта, природний газ або торф. У широкому розумінні ці джерела енергії теж поновлювані, але не за мірками тривалості життя людини, оскільки процес їхнього утворення вимагає сотень мільйонів років, а їхнє використання проходить набагато швидше.

Основною відмінністю відновлюваних джерел енергії є те, що вони не знищуються під час використання, на відміну від мінеральних палив, які споживаються для вироблення енергії. Застосування відновлюваної енергії людиною потребує наявності технологій використання енергії сонячного світла, вітру, морських хвиль, водних течій, біологічних процесів, таких як анаеробний розклад, біологічне вироблення водню, та геотермальних теплових джерел.

Джерело: GWEC

Традиційне використання енергії вітру, води, та сонячного світла вже широко поширене. Однак, масове виробництво електричної енергії з використанням відновлюваних джерел енергії набуло популярності лише нещодавно, що віддзеркалює основні загрози від зміни клімату, побоювань вичерпати мінеральне паливо, та соціальних і політичних ризиків через широке використання мінеральних палив та атомної енергетики. Зараз використання відновлювальних джерел енергії швидко зростає (на 50% з 2004 до 2007 року), та в 2007 році досягло 3,4% від загального виробництва електроенергії (не враховуючи велику гідроенергетику, що надає ще 15% від загального виробництва)[2].

Основні технології відновлюваної енергетики[ред.ред. код]

Вітроенергетика[ред.ред. код]

Докладніше: Вітроенергетика
Вітроустановка

Вітер утворюється в результаті нерівномірного нагрівання поверхні Землі Сонцем. Потоки повітря можуть бути використані для приведення в рух вітрових турбін. Принцип дії всіх вітроустановок один: під напором вітру обертається вітроколесо з лопатями, яке передає крутний момент через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Реальний ККД кращих вітрових коліс досягає 45% у разі стійкої роботи при оптимальній швидкості вітру. Існують дві принципово різні конструкції вітроенергетичних установок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання[3].

Сучасні вітрові турбіни мають номінальну потужність від, приблизно, 600 кВт до 5 МВт. Найпоширенішими в комерційному застосуванні, наразі, є повітряні турбіни з номінальною потужністю в діапазоні 1,5—3 МВт. Потужність вітрового потоку пропорційна до площі його перерізу і має кубічну залежність від швидкості вітру, тобто його потужність зростає ще швидше, ніж швидкість вітру[4]. Найкращими для розташування вітрових електростанцій є місцевості з потужними та сталими вітрами, такі як прибережні смуги та вершини гір.

Гідроенергетика[ред.ред. код]

Докладніше: Гідроенергетика
Гідроелектростанція в Нью-Мексико (США)

Гідроенергетика — область господарсько-економічної діяльності людини а також сукупність природних і штучних підсистем (гідроелектростанцій), що служать для перетворення енергії водного потоку в електричну енергію. На цих електростанціях, як джерело енергії використовується потенціальна енергія водного потоку, першоджерелом якої є Сонце, що випаровує воду, котра згодом випадає на височинах у вигляді атмосферних опадів і стікає вниз, формуючи ріки.

Гідроелектростанції зазвичай будують на ріках, споруджуючи греблі та водосховища. Також можливе використання кінетичної енергії водного потоку на так званих вільнопотокових (дериваційних) ГЕС.

Оскільки густина води приблизно в 800 разів більша за густину повітря[5][6], навіть повільний потік води, або слабка океанська течія може виробляти істотну кількість енергії.

Станом на 2006 рік гідроенергетика забезпечує виробництво до 88% відновлюваної і до 20% всієї електроенергії у світі, встановлена гідроенергетична потужність досягла 777 ГВт.

В останні десятиріччя проводяться широкомасштабні дослідження практичного використання значного потенціалу течій в морях і океанах, які підрозділяють на неперіодичні, мусонні (пасатні) й припливновідпливні. З них в першу чергу розглядається можливість використання енергії головних неперіодичних течій (Гольфстрім, Куросіо та ін.), сумарний енергетичний потенціал яких за різними методиками оцінюється від 5 до 300 млрд кВт[7].

Сонячна енергетика[ред.ред. код]

Монокристалічний сонячний елемент
Колектор теплової енергії сонячного світла

Сонячна електроенергетика[ред.ред. код]

Сонячна енергія може бути перетворена в електричну двома основними шляхами: термодинамічним і фотоелектричним[8].

При термодинамічному методі електричну енергію за рахунок використання сонячної енергії можна отримати використанням традиційних схем в теплових установках, в яких теплота від згоряння палива замінюється потоком концентрованого сонячного випромінювання.

Існують сонячні теплоелектростанції трьох типів:

  • баштового типу з центральним приймачем-парогенератором, на поверхні якого концентрується сонячне випромінювання від плоских дзеркал-геліостатів;
  • параболічного (лоткового) типу, де в фокусі параболоциліндричних концентраторів розміщуються вакуумні приймачі-труби з теплоносієм;
  • тарілкового типу, коли в фокусі параболічного тарілкового дзеркала розташовується приймач сонячної енергії з робочою рідиною.

Сонячна фотоенергетика являє собою пряме перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Принцип дії фотоелектричного перетворювача базується на використанні внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках і ефекту ділення фотогенерованих носіїв зарядів (електронів і дірок) електронно-дірковим переходом або потенційним бар'єром типу метал-діелектрик-напівпровідник.

В цьому контексті, «сонячна енергія» може позначати енергію, отриману від сонячного випромінення. Існують різні шляхи застосування енергії сонячного випромінення, включно із:

Сонячна теплоенергетика[ред.ред. код]

У сучасному світі сонячна енергія широко використовується для теплопостачання, включаючи гаряче водопостачання і опалення, а також для холодопостачання, кондиціювання повітря, висушування та в інших технологічних процесах.

Системи сонячного теплопостачання класифікуються наступним чином[9]:

  • системи «активного» сонячного теплопостачання, що використовують «активні» установки на основі сонячних колекторів з циркуляцією теплоносія, в якості якого можуть застосовуватися рідина (вода, розчини солей) і газ (повітря);
  • системи «пасивного» сонячного опалення, в яких різні конструкційні елементи споруд використовуються в ролі теплоприймачів сонячної енергії;
  • комбіновані системи сонячного теплопостачання, в яких використані елементи «пасивного» і «активного» сонячного теплопостачання.

Приклади прямого використання теплової енергії від сонячного світла:

  • Обігрівання будівель через систему пасивного обігріву.
  • Нагрівання продуктів харчування в сонячних печах.
  • Нагрівання води або повітря для господарчих потреб в геліоколекторах.
  • Нагрівання та охолодження повітря із використанням сонячних каменів.
  • Кондиціонування повітря.

Геотермальна енергетика[ред.ред. код]

Геотермальна станція на Філіпінах

Під геотермальною енергетикою розуміють промислове отримання енергії, зокрема електроенергії, з гарячих джерел, термальних підземних вод. Основним джерелом цієї геотермальної енергії слугує постійний потік теплоти з розжарених надр, направлений до поверхні Землі. Земна кора отримує теплоту в результаті тертя ядра, радіоактивного розпаду елементів, хімічних реакцій.

Розрізняють п'ять основних типів зон розподілу геотермальної енергії[10]:

  • нормальне поверхневе тепло Землі на глибині від декількох десятків до сотень метрів;
  • гідротермальні системи, тобто резервуари гарячої або теплої води, у більшості випадків самовиливної;
  • парогідротермальні системи — родовища пари і самовиливної пароводяної суміші;
  • петрогеотермальні зони або теплота сухих гірничих порід;
  • магма (нагріті до 1300 °C розплавлені гірничі породи).

Проявленням геотермальної теплоти, що має практичне значення, є запаси гарячої води і пари в підземних резервуарах на відносно невеликих глибинах і гейзери, які виходять на поверхню.

Основним показником придатності геотермальних джерел для використання є їх природна температура, за якою вони поділяються на низькотермальні води з температурою 40-70°С, середньотермальні з температурою 70-100°С, високотермальні води і пара з температурою 100–150°С, парогідротерми і флюїди з температурою вище від 150°С.

Геотермальна енергія в низці країн (Угорщина, Ісландія, Італія, Мексика, Нова Зеландія, Росія, США, Японія) широко використовується для теплопостачання та вироблення електроенергії. Так, в Ісландії за рахунок геотермальної енергії забезпечується понад чверть вироблення електроенергії.

У 2008 р. в світі встановлена потужність електрогенеруючих геотермальних установок склала близько 11 млн кВт з виробленням 55 млрд кВт·год електроенергії[10].

Біопаливо, біоенергетика[ред.ред. код]

Детальніше: Біоенергетика, Біопаливо
ТЕЦ в муніципалітеті Мец (Франція), яка працює на відходах деревної біомаси з навколишніх лісів

Біомаса є одним з найдавніших джерел енергії, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким к.к.д. Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості, побутові відходи.

Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово розвинених країн: у США її частка складає 4%, в Данії — 6%, в Канаді — 7%, в Австрії — 14%, в Швеції — 16% загального споживання первинних енергоресурсів цих країн. У світі в 2004 р. встановлена потужність електростанцій на біомасі склала 39 млн кВт[11].

Найпоширенішими технологіями використання біомаси в біоенергетиці є[12]:

  • фізичний метод — пряме спалювання;
  • хімічні методи — піроліз, газифікація, виробництво спиртів і масел для отримання моторного палива;
  • мікробіологічний метод — анаеробна ферментація з утворенням метану.

Значним ресурсом для відновлюваної енергетики є використання хімічної енергії біомас. Перевагою біомас є те, що їх можна безпосередньо перетворювати в паливо для автомобілів та інших машин. Біомаса може безпосередньо вирощуватися для потреб виробництва енергії, тоді її називають біомасою третього покоління, або можуть використовуватися відходи біологічної маси, призначеної для інших потреб, тоді її називають біомасою другого покоління.

Біопаливо, яке може використовуватися в транспортних засобах, виготовляють з олії, тваринних жирів, жирних відходів. За 2011 рік воно забезпечило 2,7% споживання палива транспортом[13].

Відновлювана енергетика в світі[ред.ред. код]

Згідно з даними Міжнародного енергетичного агентства, очікується зростання сектору відновлюваної енергетики у світі на 40% у найближчі п'ять років (2014–2019). Нині відновлювані джерела енергії є сектором виробництва електроенергії, який зростає найшвидше у світі. До 2018 року вони, за прогнозами, займатимуть майже 25% у глобальному енергетичному виробництві у порівнянні з 20% у 2011 році. Зокрема, частка вітру, сонця, геотермальної та біоенергетики у виробництві електроенергії подвоїться і досягне 8% до 2018 року, порівняно з 4% в 2011 році. У 2006 році вона становила лише 2%.

Міжнародне енергетичне агентство попереджає, що розвиток відновлюваних джерел стає все більш складним і стикається з проблемами — особливо у макроекономічній площині. В основному це пов'язано із тим, що субсидії державами традиційної енергетики ідуть на зменшення (бо уряди взяли курс на розвиток відновлюваних джерел), що не збігається з інтересами певних груп.

Інвестиції і економічне зростання в галузі відновлюваних джерел енергії прискорюються на ринках країн, що розвиваються. У таких країнах відновлювані джерела енергії допомагають задовольняти попит на електроенергію, який швидко зростає, а також слугують вирішенню питань диверсифікації поставок енергії.

За прогнозами Міжнародного енергетичного агентства, країни, що не є членами Організації економічного співробітництва та розвитку (ОЕСР), в тому числі Китай, мають забезпечити 60% світового зростання в галузі відновлюваних джерел енергії до 2018 року. Таке швидке розгортання у повній мірі компенсує уповільнення розвитку галузі в інших регіонах світу, зокрема, таких розвинених державах, як Європа та США — ринках відновлюваної енергетики, які вже сформувалися. [14].

За даними звіту[15] Єврокомісії, який публікується кожні два роки, у 2013 році частка відновлюваної енергії у всьому енергетичному циклі в ЄС становила 15%. Роком пізніше вона зросла на 0,3%. Зростання відбувалося в усіх країнах ЄС. В планах також є збільшення до 20% частку джерел цього виду енергоносіїв до 2020 року. Кожна країна при цьому впроваджуватиме відповідну квоту згідно із власними потребами. Євросоюзу вдається досягти таких показників в першу чергу за рахунок таких країн, як Швеція, Данія, Латвія, де частка відновлюваних джерел енергії складає до 42%. У той час як станом на у Британії вона становить трохи більше 5%, а у Німеччині — 9,5% станом на 2015 р.[16]

Відновлювана енергетика в Україні[ред.ред. код]

В Україні дослідженнями проблем відновлюваної енергетики займається, зокрема, Інститут відновлюваної енергетики НАНУ, Міжгалузевий науково-технічний центр, інші науково-дослідні установи та приватні підприємства.

За оцінками дослідників[17], загальний економічно-доцільний потенціал відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії в Україні становить, приблизно, 454.4 млрд кВт год. або 59.2 млн т у. п. на рік. Станом на 1998 рік, 3,05% від загального обсягу споживання енергії було отримано з відновлюваних джерел енергії.[18] Станом на 2012 рік, відновлювані джерела енергії становили лише 2% від енергоспоживання в країні.[19]

Україна приєдналася до Європейського енергетичного співтовариства і взяла на себе зобов'язання до 2020 року виробляти 11% електроенергії із відновлюваних джерел енергії[20]. Від 2009 року об'єкти відновлюваної енергетики в Україні отримали право на використання зеленого тарифу.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Мхитарян, 1999
  2. REN21 (2008). Renewables 2007 Global Status Report page 9.
  3. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.2.1. Вітроенергетичні установки, 2013
  4. EWEA Executive summary Analysis of Wind Energy in the EU-25 (PDF). European Wind Energy Association. Процитовано 2007-03-11. 
  5. Richard Shelquist (18-Oct-2005). Density Altitude Calculator. Архів оригіналу за 2013-06-25. Процитовано 2007-09-17. 
  6. Water Density Calculator. CSG, Computer Support Group, Inc. and CSGNetwork.Com. Copyright© 1973–2007. Процитовано 2007-09-17. 
  7. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.6. Використання гідравлічної енергії течій, 2013
  8. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.1.2. Сонячна електроенергетика, 2013
  9. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.1.1. Сонячна теплоенергетика, 2013
  10. а б Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.8. Геотермальна енергетика, 2013
  11. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.3.1. Енергетичні ресурси біомаси, 2013
  12. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 /2.3.2. Біоенергетичні технології, 2013
  13. REN21 (2011). Renewables 2011: Global Status Report. с. 17. 
  14. Відновлювана енергетика: перспективи України. — Радіо Свобода. — 14.09.2014. ]
  15. Renewable energy progress report Brussels, 16 June 2015 — Europa.eu
  16. Євросоюз збільшує частку джерел відновлюваної енергії — Eurointegration.com.ua
  17. Мхитарян, 1999, С.43
  18. Мхитарян, 1999, С.46
  19. Інститут енергетичних досліджень, OSP-UA Info
  20. Відновлювана енергетика: перспективи України. — Радіо Свобода. — 14.09.2014.

Джерела[ред.ред. код]

  • Список галузевих журналів відновлюваної енергетики
  • Н.М. Мхитарян Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников. Опыт и перспективы. — К.: Наукова думка, 1999. — 320 с. — ISBN 966-00-0655-1.
  • Паливно-енергетичний комплекс України на порозі третього тисячоліття ; під заг. ред. А. К. Шидловського, М. П. Ковалка. — К. : Українські енциклопедичні знання. − 2001. — 398 с. — ISBN 966-7579-09-3
  • Энергетический менеджмент / Под общей ред. А. В. Праховника. — К.:ІЕЕ НТУУ «КПИ», 2001. — 472с.
  • Дубровін В. О. Біопалива (технології, машини і обладнання) / В. О. Дубровін та ін. — К: ЦТІ «Енергія та електрифікація», 2004, — 256с. — ISBN 966-96160-9-3
  • Енергоефективність та відновлювані джерела енергії / Бевз С. М. [та ін.] ; під заг. ред. А. К. Шидловського ; НАН України, П-во «Укренергозбереження». — К. : Українські енциклопедичні знання, 2007. — 560 с. — (Енергетика України на початку XXI століття ; т. 4). — ISBN 978-8578-08-3
  • Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 : Електроенергетика та охорона навколишнього середовища. Функціонування енергетики в сучасному світі / Т. О. Бурячок, З. Ю. Буцьо, Г. Б. Варламов, С. В. Дубовськой, В. А. Жовтянський; Наук. ред. В. Н. Клименко, Ю. О. Ландау, І. Я. Сігал. — 2013. — 390 с. — ISBN 978-966-8163-18-0

Посилання[ред.ред. код]


Перетворення енергії:   р
Перетворення енергії: Збереження енергії | Відновлювальна енергетика | Зелена енергія | Розподілена енергетика | Розподілене тепло | Генерування електроенергії | Освітленість
Сонячна енергетика: Тепловий насос | Сонячна батарея | Сонячна панель | Централізована геліоенергетика | Сонячний дім
Геотермальна енергетика: Геотермальна помпа
Вітроенергетика: Вітрогенератор
Гідроенергетика: Енергія хвиль | Енергія припливів
Біологічне: Біомаса | Біоетанол | E85 | Біогаз | Біодизель | Біопаливо | Олія як паливо
Хімічна енергія: Паливний елемент | Воднева устава
Палива: Нафтовидобуток | Торф
Різне: Збереження теплової енергії | Теплоконденсатор
Енергія: Wh = ватт-година, GWh = 3,6 TJ, toe = 11,63 MWh Потужність: MW = 1000 kW, GW = 1000 MW, TW = 1000 GW