Лекція № 3

СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ

ПОНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ.

3.1.	Поняття поновлюваних та не поновлюваних джерел енергії
3.2.	Аналіз поновлюваних енергоресурсів.
3.3.	Соціально-економічні наслідки розвитку енергетики на поновлюваних джерелах енергії.

1. Всі джерела енергії поділяються на два класи: поновлювані та не поновлювані.

Поновлювані джерела енергії – це джерела на основі постійно існуючих або періодично виникаючих в навколишньому середовищі потоків енергії. Типовий приклад такого джерела – сонячне випромінювання з характерним періодом повторення – 24 години. Поновлювана енергія знаходиться в навколишньому середовищі у вигляді енергії, яка не є слідством цілеспрямованої діяльності людини, і це її ознака відмінності.

Не поновлювані джерела енергії – це природні запаси речовин і матеріалів, які можуть бути використані людиною для виробництва енергії. Прикладом може слугувати ядерне паливо, вугілля, нафта, газ. Енергія не поновлюваних джерел, на відміну від поновлюваних, знаходиться у природі у зв’язаному стані і вивільнюється в результаті цілеспрямованих дій людини.

Сенс даних визначень пояснимо малюнком.

Навколишнє середовище

А		Джерела поновлюваної енергії		Джерела не поновлюваної енергії
		Г		Г
Б		Енергоустановка		Енергоустановка
		Д		Д
		Споживач		Споживач
В		Е		Е
Навколишнє середовище				Навколишнє середовище

Мал. Схема процесів використання поновлюваної

та не поновлюваної енергії

АБВ - потік поновлюваної енергії, що не використовується;

ГДЕ - потік енергії, що використовується.

Існує п’ять основних джерел:

• сонячне випромінювання;

• рух та тяжіння Сонця, Місяця, Землі;

• теплова енергія ядра Землі, а також хімічних реакцій та радіоактивного розпаду в її надрах;

• ядерні реакції;

• хімічні реакції різних речовин.

2. Перш ніж розвивати енергетику на поновлюваних джерелах необхідно точно визначити їх потужність. Потреби в енергії не постійні в часі. Наприклад, потреба в електроенергії максимальна у вранішній та вечірній час та мінімальна у нічний час. Традиційні теплові електростанції можуть підстроюватися під ці коливання та регулювати витрати палива. При використанні поновлюваних джерел енергії коливається не тільки попит на енергію, а й потужність цих джерел, які часто вступають в протиріччя.

Про якість джерел енергії говорять часто, але, як правило, не пояснюють, що це таке. Під якістю слід розуміти частку енергії джерела, яка може бути перетворена в механічну роботу. Якість теплової енергії, яка виділяється при спалюванні палива на електричних станціях, досить низька, тому що тільки близько 30% теплоти згорання палива перетворюється в механічну роботу. За цією ознакою поновлювані джерела енергії можна розподілити на три групи.

1 група – джерела механічної енергії: гідро-, вітро- джерела хвильові та припливні. В цілому якість цих джерел енергії висока і вони звичайно використовуються для виробництва електроенергії. Якість вітрової енергії звичайно порядку 30%, гідроенергії – 60%, хвильової та припливної – 75%.

2 група – теплові поновлювані джерела енергії: біопаливо, теплова енергія Сонця. На практиці перетворити у роботу вдається приблизно половину тепла, що допускається другим законом. Для сучасних парових турбін ця величина не перевищує 35%.

3 група – джерела енергії на основі фотонних процесів, до яких відносяться джерела, які використовують фотосинтез та фотоелектричні явища. Наприклад, за допомогою фотоелектричних перетворювачів сонячне випромінювання можна перетворити в механічну роботу. Добитися високої ефективності перетворення енергії у всьому спектрі сонячного випромінювання дуже складно, а на практиці ККД фотоперетворювачів дорівнює 15%, що вважається добрим.

3. Промислова революція у Європі та Північній Америці та подальший зріст промисловості у всіх країнах дуже сильно змінили соціальні умови та спосіб життя людей. Визначну роль в цьому зіграв розвиток енергетики, особливо на нових джерелах енергії – вугіллі та нафті. Подібні зміни соціальному розвитку слід чекати і при широкому використанні джерел поновлюваної енергії. Невичерпаність поновлюваних джерел енергії обіцяє більшу стабільність енергетики, чим це можливо при використанні традиційних паливних ресурсів, особливо нафти. Великі розбіжності у джерелах поновлюваної енергії, потягнуть таку ж різноманітність соціально-економічних наслідків.

Потоки поновлюваної енергії мають низьку щільність та розсіяння у просторі. Концентрація не поновлюваної енергії висока. Таким чином, широке використання поновлюваної енергії буде сприяти у більшій мірі розосередженню населення та суспільного життя, чим їх концентрації., З урахуванням того, що з кожного м² земної поверхні можна отримати, використовуючи різні джерела поновлюваної енергії, в середньому 500Вт потужності, щільність населення не буде перевищувати 500чол./км². Така щільність, що значно перевищує щільність населення сільських регіонів, характерна для більшості невеликих адміністративних центрів та промислових міст.

Енергетика на поновлюваних джерелах використовує потоки енергії, що уже існують у природі (навколишньому середовищі) (див. мал.). В силу цього теплове забруднення навколишнього середовища, що обумовлено викидом у нього якоїсь частини перетвореної енергії, незначне. За цією ж причиною незначні й інші види забруднення повітря та води, а також обсяги відходів. В екологічному відношенні енергія поновлюваних джерел має перевагу перед звичайним паливом або атомною енергією. Виключенням є забруднююча повітря недосконала технологія паління деревини.

Основним, з екологічного боку, недоліком енергоустановок на поновлюваних джерелах є порушення ними природного ландшафту. Це неминуче для установок, робота яких заснована на використанні потоків енергії, що циркулюють у навколишньому просторі, тобто коли навколишнє середовище є необхідним елементом перетворення енергії. Найбільш сильно цей недолік проявляється у великих установок. Наприклад, потужні гідростанції споруджуються там, де легше створити водоймище, тобто у живописній гірській або горбкуватій місцевості, і ця унікальна краса звичайно порушується. Ще більш тяжкі наслідки при споруджені водоймищ на рівнинній місцевості (ерозія ґрунту, погіршення його якості).

Використання поновлюваних джерел енергії ставить нас і нашу діяльність у більшу залежність від навколишнього середовища, ніж використання звичайного та ядерного палива. Орієнтація на упереджуючий розвиток енергетики на поновлюваних джерелах потребує значних витрат на розвиток нових підприємств та технологій, а також визначених змін в області освіти, планування, фінансування, виробництва. Широке використання поновлюваних джерел енергії (наприклад, сонячної) призведе до суттєвих змін в архітектурному вигляді будівель. Це вплине як на вигляд будівель, так і на стиль життя.

Зміни стануться в області освіти і наукових досліджень. При вивченні фізики різко підвищиться значення таких її розділів, як теплоперенесення, механіка, оптика та гідродинаміка. Удосконалювання методів спостереження за навколишнім середовищем буде вимагати подальшого розвитку методів вимірювання і приладобудування. Електронно-оптичні явища у фотоелектронних процесах і фотосинтезі займуть значне місце в учбових програмах і наукових дослідженнях.

Багато хто з фізиків зазнають почуття провини за те, що розвиток ядерної фізики привів до створення ядерної зброї. Широке використання поновлюваної енергії також викликає великі зміни у світі, але і ці зміни будуть на користь усьому людству.

4. Енергетика