Основні напрямки та пріоритети структурної трансформації

У формуванні активної структурної політики величезну роль відіграє вибір пріоритетних напрямків у розвитку окремих галузей, видів виробництва, економічних районів. Наприклад, залежно від стадії індустріального розвитку країни ставка робиться на пріоритетний розвиток трудомістких, капіталомістких або наукомістких галузей. При виборі пріоритетної галузі звичайно враховуються критерії пріоритетності: експортний потенціал галузі; перспективи попиту на продукцію галузі на внутрішньому ринку; досягнення вищої індустріальної стадії розвитку; мінімізація залежності від імпорту сировини, енергії та зниження ресурсомісткості промислового виробництва у цілому; мінімізація дефіциту в торговельному балансі країни; розв’язання проблем зайнятості населення; подолання екологічних проблем тощо. Зрозуміло, що зміни, які постійно відбуваються в умовах економічного розвитку, корегують перелік наведених пріоритетів.

Згідно з Державною програмою заохочення іноземних інвестицій визнано, що пріоритетними сферами і галузями в Україні є: агропромисловий комплекс, легка промисловість, лісопромисловий комплекс, машинобудування, медична промисловість, металургійний комплекс, паливно-енергетичний комплекс, транспорт­на інфраструктура, зв’язок, хімічна та нафтохімічна промисловість, соціальна інфраструктура.

Поряд з визначенням пріоритетних напрямків розвитку промисловості держава розробляє та реалізує комплекс заходів у межах активної структурної політики, який включає:

• заходи щодо стимулювання перепливу капіталу в пріоритет­ні галузі;

• заходи щодо стимулювання розвитку галузей, які прискорюють впровадження досягнень НТП;

• заходи, спрямовані на захист та надання фінансової допомоги галузям, які перебувають у стані занепаду і потребують докорінної реконструкції виробничого апарата;

• заходи щодо санації або згортання частини виробництв у депресуючих галузях;

• розробку на державному рівні довгострокових планів, цільових програм, національних проектів для розв’язання актуальних проблем структурної перебудови, а також програм підготовки та перепідготовки робочої сили, створення робочих місць;

• вирішення завдань, пов’язаних з концентрацією капіталу в капіталомістких напрямках структурної перебудови.

Світовий досвід засвідчує, що структурна політика, спрямована на рятування кризових галузей та виробництв, хоч і послаблює гостроту соціальних проблем, але водночас досить часто не сприяє піднесенню ефективності в них. Тому в останні роки більшість країн зосереджують свою увагу на прогресивних галузях, які забезпечують досягнення найкращих результатів за рахунок структурного ефекту.

Методи реалізації структурної політики

Держава може здійснювати структурну політику за допомогою методів прямого та непрямого регулювання. До методів прямого регулювання належать: надання фінансової допомоги у вигляді інвестиційних надбавок, субсидій, дотацій, позичок на розвиток окремих галузей, виробництв, реґіонів; використання системи державних замовлень та закупок тощо.

До методів непрямого регулювання належать: методи індикативного планування; надання податкових і кредитних пільг з їх диференціацією за відповідними галузями та виробництвами, які визнані пріоритетними; здійснення політики прискореної амортизації; проведення цінової та експортно-імпортної політики, в тому числі вста­новлення різних імпортних та експортних тарифів тощо.

Традиційний інструментарій державного регулювання в межах структурної політики в кожній країні доповнюється специфіч­ними засобами та пріоритетами відповідно до економічної ситуації та цілей соціально-економічного розвитку.

ЛЕКЦІЯ 4.

Сировина, вода та енергія в промисловості. Технології збагачення та очищення сировини.

План

1. Сировина в промисловості.

2. Вода в промисловості.

3. Роль енергії в технологічних процесах.

4. Технології збагачення сировини.

5. Альтернативні джерела енергії у промисловості

1

Сировина є первинним предметом праці, а її видобуток – початком будь-якої системи технологій. Для більш раціонального планування й аналізу витрат суспільної праці у виробництві економіст (насам- перед менеджери виробництва) має бути добре обізнаним з техніко- економічними характеристиками сировини і процесів її перетворення на споживні вартості.

Термін “сировина” не є однозначним поняттям. У найбільш узагальненій формі його слід вважати первинним предметом праці, взятим безпосередньо з природи, матеріальним субстратом, який містить у собі основу цільового продукту.

З погляду економіки сировина – це видобутий природний ресурс, на який витрачено певні зусилля і який потребує подальшої переробки в цільові продукти.Зверніть увагу на те, що сировина є одним з найважливіших елементів будь-якого технологічного процесу, а її якість, доступність і вартість значною мірою визначають основні якісні та кількісні показники промислового виробництва.

Сировиною називають речовини природного і синтетичного походження, що використовуються у виробництві промислової продукції.

У процесі розвитку промисловості розширюється сировинна база, з’являються нові види сировини, змінюється власне поняття “сировина”. Постійно зростають можливості використання численних відходів промислових виробництв. Вихідними матеріалами багатьох виробництв є сировина, яка була в промисловій переробці та яку називають напівпродуктом, або напівфабрикатом.

Далі більш детально слід розглянути різні схеми класифікації промислової сировини: за походженням, за агрегатним станом, за галузевотехнологічним принципом використання (рудна, нерудна, паливна).

Так, наприклад, за агрегатним станом сировина розподіляється на тверду, рідку, газоподібну. Найпоширенішою є тверда сировина – вугілля, торф, руди, сланці, деревина. Найпоширенішими видами рідкої природної сировини є вода, соляні розсоли, нафта; газоподібної – повітря, природні й промислові гази. За складом сировину розподіляють на органічну і неорганічну. За походженням сировину розрізняють як мінеральну, рослинну й тварину. Особливістю викопної мінеральної сировини порівняно з рослинною і твариною є її невідновлюваність, а також нерівномірність розподілу поверхнею землі та в надрах.

Найважливішою сировиною в нинішніх трансформаційних умовах економіки є мінеральна. Тому при вивченні даної теми варто докладніше з нею ознайомитися.

Сьогодні відомо майже 2 500 різних мінералів, що відрізняються один від одного за хімічним складом, фізичними властивостями, крис- талічною формою й іншими ознаками.

Земна кора (99,5 %) складається з 14 хімічних елементів: кисню – 49,13 %, кремнію – 26,00, алюмінію – 7,45, заліза – 4,20, кальцію – 3,25, натрію – 2,40, магнію – 2,35, калію – 2,35, водню – 1,00 % тощо. До найбільш застосовуваних у народному господарстві елементів належать: свинець, ртуть, бром,

йод та ін. Деякі елементи, що є у достатній кількості в земній корі, надзвичайно розсіяні в межах доступного для розробки шару земної кори, тоді як інші сконцентровані у вигляді окремих скупчень. Масштаби промислового використання багатьох елементів перебувають у значній невідповідності з їхньою поширеністю в земній корі.

Наприклад, титану в земній корі майже у два рази більше, ніж вуглецю, тоді як добувається його щорічно приблизно у 10⁵ разів менше. Однак з розвитком науково-технічного прогресу в провідних галузях підвищується попит на рідкі та розсіяні метали.

Найбільш загальними й розповсюдженими видами сировини є вода й повітря. Сухе повітря містить: азоту – 78 %, кисню – 21 %, аргону – 0,94 %, вуглекислого газу – 0,03 % і незначну кількість водню й інертних газів, а також водяної пари, пилу та ін. Кисень повітря знаходить широке застосування в багатьох галузях промисловості: у металургії, машинобудуванні, хімічній і паливній промисловостях. Широке застосування знаходить азот (наприклад, у синтезі аміаку, а також для створення інертних середовищ у багатьох хімічних реакціях).

За галузево-технологічним принципом використання мінеральну сировину розподіляють на рудну, нерудну і пальне.

Рудною мінеральною сировиною називають гірські породи або мінеральні агрегати, що містять метали, які можуть бути економічно вигідно видобуті в технічно чистому вигляді.

Нерудною, або неметалічною називають усю сировину, яку використовують у виробництві хімічних, будівельних і інших неметалічних матеріалів і яка не є джерелом одержання металів. Однак більша частина нерудної сировини містить метали (наприклад, фосфорити, апатити, алюмосилікати).

До горючої мінеральної сировини належать органічні корисні копалини: вугілля, торф, сланці, нафта й ін., які використовуються як паливо або сировина для хімічної промисловості.

Рудна сировина. Промисловими металевими рудами називаються корисні копалини, які містять один або кілька металів у кількості й формі, що допускають на даному етапі розвитку техніки їх економічно раціональний видобуток. Чим досконаліша технологія переробки руди, тим легше переробляти руду з меншим вмістом металу. Розрізняють руди монометалічні, які містять тільки один метал, доцільний для витягу (хромові, залізні, золотовмісні), біметалічні руди, в яких обидва метали доступні для здобуття (мідно-молібденові, свинцево-цинкові), поліметалеві руди, з яких витягається понад два метали (алтайські колчеданні руди, що містять свинець, цинк, мідь, срібло й інші; саксонські руди, що містять кобальт, нікель, срібло, вісмут, уран).

Іноді зустрічаються самородні руди, в яких метал перебуває або в чистому вигляді, або у вигляді сплаву з іншими металами, наприклад, золотоносні, платинові руди.

За призначенням руди поділяються на руди чорних, кольорових і рідких металів.

Нерудна сировина (мінерально-хімічна). Вона є джерелом одержання неметалів (сірка, фосфор і ін.), солей, мінеральних добрив і будівельних матеріалів. Найважливішими видами нерудної сировини є самородна сірка, апатити, фосфорити, природні солі (калійні, мірабіліт, сода, поварена сіль). До нерудної сировини належать і рідкісні мінерали промислового значення (алмаз, графіт).

Горюча мінеральна сировина, паливо. Паливом називають горючі органічні речовини, що є джерелом теплової енергії й сировиною для хімічної, металургійної й інших галузей промисловості. Все паливо за агрегатним станом підрозділяється на тверде (вугілля, торф, деревина, сланці), рідке (нафта, нафтопродукти), газоподібне (природ- ний і попутний гази й ін.). За походженням паливо буває природним і штучним, тобто отриманим у результаті переробки природного палива або як відходи різних технологічних процесів (наприклад, доменний газ).

Горючі корисні копалини є природним видом палива. Вивчаючи різні види палива, зверніть увагу на таку його характеристику, як питома теплота згоряння.

Як відомо, питома теплота згоряння палива – це кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні одиниці маси або обсягу па- лива (Дж/кг і Дж/м³). Технічна характеристика палива визначається його складом. До складу всіх видів палива входить горюча (органічна маса + горючі неорганічні речовини – сірка, її з’єднання й ін.) і него рюча маси (зола, волога) – баласт. Органічна маса палива складається в основному з вуглецю, водню, а також азоту й кисню. Чим більше в паливі золи, вологи, тим нижче його теплота згоряння. Чим вищій в органічній масі вміст вуглецю й водню і чим менше кисню й азоту, тим більшою теплотою згоряння характеризується паливо.

Наприклад, питома теплота згоряння нафти – 42 000 кДж/кг, або 11,63 кВт-год./кг; природного газу – 25 000–46 000 кДж/кг, або 6,98–12,82 кВт-год./кг; антрациту – 32 800–33 600 кДж/кг, або 9,08 – 9,32 кВт-год./кг; дров – 8 300–15 400 кДж/кг, або 2,35 – 4,32 кВт-год./кг.

Для обчислення загальних запасів палива різні його види перераховують на так зване умовне паливо. Відповідно 1 т бурого вугілля береться за 0,4 т, кам’яного вугілля – за 1,0 т, а нафти – за 1,4 т умовного палива.

У нинішніх економічних умовах велика увага приділяється комплексному використанню мінерально-сировинних ресурсів. Тому при вивченні даної теми слід звернути увагу на ці питання.

Оскільки сировина в собівартості деяких видів промислової продукції (наприклад, хімічної) становить 60–70 %, тому виняткову важливість для інтенсифікації виробництва і залучення в господарський обіг внутрішніх резервів має комплексне використання сировини, тобто максимальний витяг і використання всіх цінних компонентів, що містяться в родовищах корисних копалин, виходячи з потреб у них народного господарства і можливостей науки і техніки. Практично більшість родовищ корисних копалин є комплексними і містять декілька корисних компонентів. Особливо це характерно для поліметалевих руд. У родовищах нафти супутніми компонентами є газ, сірка, бром, йод, бор; у газових родовищах – гелій, сірка, азот; у видобутку вугілля – колчедан, сірка, глинозем, германій і ін. У кольоровій металургії профілюю- чими вважаються 11 металів (алюміній, мідь, нікель, кобальт, свинець, цинк, вольфрам, молібден, ртуть, олово, сурма), разом з якими вилучається понад 60 інших компонентів (рідкі, рідкоземельні та благородні метали). Так на підприємствах кольорової металургії попутно виробляється до 30 % сірки, до 10 % цинку, міді, свинцю. Таке попутне вилучення елементів приводить до різкого підвищення економічної ефективності виробництва.

Слід зазначити, що комплексне використання сировини досягається її збагаченням, а також різноманітною хімічною переробкою отриманої сировини з послідовним вилученням цінних компонентів, які широко використовуються в різних галузях народного господарства, та сприяє комбінуванню різних виробництв.

Прикладом комплексного використання твердого палива може служити коксохімічне виробництво, де з вугілля різних марок, крім коксу і коксового (світильного) газу, одержують аміак, сірковуглець, а також сотні органічних сполук, що є сировиною для одержання пластмас, хімічних волокон, барвників, вибухових речовин і лікарських препаратів. У результаті переробки нафти одержують моторні палива, мазут, гази нафтопереробки, рідкі вуглеводні. Тільки з газів нафтопереробки можна одержати метан, етан, пропан, бутан, пентан, етилен, пропілен, бутилен, ацетилен, сірководень і багато інших газів, що є найціннішою сировиною для одержання пластмас, каучуку, хімічних волокон, сірчаної кислоти, барвників і ліків.

Науково-технічний прогрес сприяє більш широкому залученню сировинних ресурсів у суспільне виробництво. Ефективне їх використання значною мірою визначає промисловий потенціал країни.

2

У зв'язку зі значним розвитком промисловості й сільського господарства світ стоїть перед серйозною проблемою, викликаною безперервним зменшенням кількості прісної чистої води й все зростаючою кількістю побутових і промислових стічних вод. Дефіцит прісної води також обумовлюється інтенсивним розвитком нових водопотребляемых виробництв. Наприклад, якщо для виробництва 1 т стали витрачається 600 м³ води, то для виробництва 1 т синтетичних волокон в 8 разів більше.

В залежності від призначення вода умовно підрозділяється на промислову й питну. Природно, що вимоги до складу води істотно залежать від призначення. Основними показниками якості води є твердість, загальний солевміст, прозорість, окисляемость, смак, захід, реакція середовища. Для оцінки питної води велике значення має токсичність домішок, кількість мікробів, що втримуються в ній, захід, кольори й смак. Для промислових вод важливими показниками є твердість, солевміст, кількість розчинених газів і механічні домішки. Загальний солевміст характеризує наявність у воді мінеральних і органічних домішок. Кількість їх визначають по сухому залишку (мг) випаром 1 л води й висушуванням залишку при 110°С до постійної маси. Для більшості виробництв основним якісним показником служить твердість води, обумовлена присутністю у воді солей кальцію й магнію. Розрізняють три види твердості води: тимчасову, постійну й загальну. Тимчасова (переборна твердість) обумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію й магнію. Ці солі порівняно легко віддаляються при кип'ятінні. Постійна твердість обумовлена присутністю у воді сульфатів, хлоридів і нітратів кальцію й магнію, які при кип'ятінні не віддаляються. Тимчасова й постійна твердість у сумі дають загальну твердість.

Кількість розчинених у воді газів також позначається на якості води, тому що вуглекислий газ, кисень, сірчистий газ і інші викликають значну корозію труб.

Окисляемость води обумовлена наявністю у воді органічних домішок і визначається кількістю перманганата калію (мг), витраченого при кип'ятінні 1 л води протягом 10 хв.

Реакція води (кислотність і лужність) характеризується показником концентрації водневих іонів рн. Реакція природних вод близька до нейтрального (рн 6,8 - 7,3). Припустима кількість домішок також регламентується відповідними стандартами.

Прозорість води виміряється товщиною шаруючи води, через який можна розрізнити візуально або за допомогою фотоелемента зображення хреста або певного шрифту. Самим загальним санитарно-бактериологическим показником якості води є наявність у ній мікроорганізмів.

Винятково важливого значення набуває в цей час раціональне використання водних ресурсів. Необхідно повсюдно ввести режим економії водних ресурсів, різко скоротити викид стічних вод, вести їхнє глибоке очищення, переходити на маловодоспоживання або безводні технологічні процеси (тобто працюючі в розчинниках, розплавах і газовій фазі).

Необхідно ширше застосовувати на підприємствах всіх галузей промисловості повторної й оборотне водопостачання. При цьому свіжа вода забирається лише на поповнення безповоротних втрат, скидання стічних вод припиняється, а в технологічний процес надходить по замкнутому циклі так звана «оборотна вода». Оборотні системи водопостачання можна використати й у сільському господарстві. Досить перспективним є використання побутових стічних вод для зрошення сільськогосподарських культур (на «полях зрошення»).

3

Всі технологічні процеси в промисловості пов'язані з витратою або виділенням енергії, або із взаємними перетвореннями енергії -одного виду в іншій. Енергія необхідна як для проведення самого технологічного процесу, так і для транспорту сировини й готової продукції, для допоміжних операцій (сушіння, дроблення, фільтрації й ін.). Тому всі технологічні процеси є споживачами енергії.

Найбільш широке практичне застосування в промисловості мають електричний, ядерний, тепловий, хімічний і інший види енергії.

Електрична енергія в промисловості застосовується для одержання механічної енергії, для здійснення фізичних і механічних процесів обробки матеріалів, дроблення, здрібнювання, перемішування, центрифугирования й т.д., для нагрівання, проведення електрохімічних реакцій, використання електростатичних явищ (осадження пилів і туманів, электрокрекинг). Джерелом електричної енергії є енергія води на гідростанціях (ГРЭС) і перетворення теплової енергії, отриманої при згорянні палива (теплові електростанції - ТЭЦ) або в результаті ядерних реакцій (атомні електростанції - АЕС), у механічну, а потім механічної в електричну.

Хімічна енергія, що виділяється в процесі екзотермічних хімічних реакцій, служить цінним джерелом теплоти для обігріву реагентів, використовується для проведення ендотермічних хімічних процесів. Наприклад, у виробництві аміачної селітри теплота, що виділяється в результаті екзотермічної реакції, використається для випарювання реакційної маси і її кристалізації.

Хімічна енергія застосовується в гальванічних елементах і акумуляторах, де вона перетвориться в електричну. Ці хімічні джерела енергії характеризуються високим к.п.д.

Крім непоновлюваних джерел енергії (корисних копалин) існують також поновлювані ресурси, які мають у цей час порівняно невелике застосування. Це енергія вітру, бігу води рік, морських припливів, термінальна й геотермальна енергія (теплота підземних джерел, морів і океанів).

Геотермальна енергія - це запаси теплоти, наявної в глибинах землі. Особливий практичний інтерес представляють гарячі джерела води й пари (гейзери). Вони використаються як для опалення, проведення високотемпературних процесів, так і для виробництва електроенергії.

Вітер як носій кінетичної енергії використається людиною вже багато століть (вітрильний флот, вітряні млини). У Радянському Союзі створені й застосовуються ветродвигатели для сільськогосподарських робіт, підйому й перекачування води.

Енергія рік широко використається у виробництві електроенергії в СРСР і країнах, багатих гідроресурсами. Наприклад, у Норвегії гідроелектроенергія становить 99,7% в енергетичному балансі, а у Франції й Італії вона відповідно дорівнює 50 і 58%.

Енергія морських припливів є різновид гідроенергії водного потоку. Морські припливи мають величезну енергію, що залежить від висоти приливної хвилі, що досягає 10 - 20 м. Світовий технічний потенціал морських припливів становить близько 500 млн. т умовного палива в рік. У нашій країні становить інтерес використання цього джерела енергії для районів узбережжя Баренцева, Білого й Охотського морів. Зроблено перші дослідження на шляху до практичного використання цього джерела енергії.

Світлова (і фото-) енергія здобуває все більше значення в промисловості, використається при створенні фотоелементів, фотоелектричних датчиків, автоматів і т.д., а також для реалізації великої кількості фотохімічних процесів у хімічній технології. Перспективним джерелом енергії є енергія Сонця. Завдяки атомним реакціям синтезу ядер водню й вуглеводню Сонце випромінює у світовий простір колосальна кількість світлової й теплової енергії. Людство вже давно застосовувало теплову енергію сонячних променів. У цей час широке відомо застосування сонячних батарей на космічних кораблях. Сонячну теплову енергію доцільно застосовувати в південних районах для промислових і побутових цілей (плавлення металів у сонячних печах, кип'ятіння води, нагрівання рідин і ін.).

Для отримання електричної енергії використовують енергію води, вітру, Сонця тощо. Ці види енергії на електростанціях перетворюють на електричну енергію.

Електростанцією називають підприємство, на якому виробляють електричну енергію.

Назва електростанції походить від назви виду енергії, яку перетворюють на електричну. Наприклад, якщо перетворюють енергію в оди, то електростанцію називають гідро- або водяною електростанцією, якщо вітру, то - вітровою, якщо Сонця, то - сонячною, якщо палива, то - тепловою тощо.

1. Гідроелектростанція. Гідроелектростанцією (ГЕС) називають гідротехнічну споруду, призначену для перетворення енергії потоку води на електричну.

Складовими частинами ГЕС є гребля, яка затримує воду у водосховищі, гідротурбіна та електричний генератор. Енергія води, яка падає з висоти понад 200 м на лопаті турбіни в електричному генераторі, перетворюється на електричну енергію.

Крім ГЕС будують гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС), які вночі нагромаджують електроенергію, що виробляють інші електростанції, а в час "пік" віддають її. Перша ГАЕС побудована на Дніпрі поблизу Києва.

Недоліком великих ГЕС є створення штучних морів, які забирають великі площі часто родючих земель і порушують природну рівновагу.

2. Вітрова електростанція. Запаси вітрової енергії безмежні. Першу в СРСР вітрову електростанцію (ВЕС) споруджено під курском у 1929 р., а через рік- більш потужну у Криму, її потужність - 100 кВт. Дослідження останніх років показали, що вартість виробленої електричної енергії на вітрових електростанціях нижча ніж на інших. Коефіцієнт корисної дії сучасних вітродвигунів досягає 45%.

Складовою частиною ВЕС є вітрове колесо, яке обертається під дією сили вітру. Це колесо розташоване на валу, який передає обертання колеса електричному генератору, де виробляється електрична енергія.

Якщо на ГЕС і ВЕС енергію води та вітру безпосередньо перетворюють на електричну, то на всіх інших електростанціях спочатку отримують пару або газ, а вже потім електричну енергію.

3. Теплова електростанція. У наш час теплові електростанції (ТЕС) є головним джерелом електроенергії. Дія ТЕС ґрунтується на перетворенні теплової енергії водяної пари або газу на механічну енергію обертання парової або газової турбіни, а потім за допомогою електричного генератора - на електричну. У процесі такого подвійного перетворення багато енергії втрачається.

Основні частини ТЕС: котельня, парова турбіна та генератор електричного струму. У котельні отримують водяну пару. Для отримання водяної пари у печі згоряє паливо. Теплота, що виділяється при горінні палива, нагріває воду, яка перетворюється на пару. Пару під великим тиском спрямовують в парову турбіну - головну частину ТЕС. У турбіні пара розширюється, тиск падає й енергія пари перетворюється на механічну енергію. Парова турбіна приводить в рух ротор генератора, який виробляє електричну енергію (струм).

Теплоелектроцентраль. У великих містах будують теплоелектроцентралі (ТЕЦ).

Теплоелектроцентраллю називають теплову електростанцію, яка виробляє не лише електричну енергію, а й теплову у вигляді гарячої води та пари.

На ТЕЦ відпрацьовану пару, яка ще має досить великий запас теплової енергії, з парової турбіни напрямляють до споживача і на станцію не повертають. Це один шлях використання теплової енергії відпрацьованої пари. Існує також інший: пара віддає свою теплоту воді в теплообміннику і вже нагріта вода надходить до споживача, а пару повертають назад у систему. Пару від ТЕЦ передають на кілька кілометрів, а гарячу воду - на кілька десятків кілометрів (ЗО км і більше).

Використання теплової енергії відпрацьованої пари підвищує коефіцієнт корисної дії станції на 50-60%.

Теплоелектроцентралі забезпечують теплом і гарячою водою житлові та громадські будівлі, а також промислові підприємства.

Теплові електростанції потребують великої кількості палива (кам'яного вугілля тощо), при згорянні якого виділяються шкідливі речовини, які забруднюють довкілля. Ці електростанції потребують очисних споруд - фільтрів.

4. Сонячна електростанція. Для отримання водяної пари на сонячній електростанції (СЕС) воду нагрівають енергією Сонця. Першу СЕС збудовано в Криму. 1і потужність - 5 МВт. Висота центральної вежі СЕС разом із парогенератором - 89 м. На висоті 78 м поміщено казан, на який подають сонячну енергію дзеркальні геліостати. Площа всіх дзеркал дорівнює 40000 м². Пара, утворена в казані в процесі нагрівання води, має температуру 225°С і тиск 2,6 МПа. Цих параметрів досить для руху турбіни, а з нею і ротора генератора, який завершує цикл перетворення сонячної енергії на електричну. Кожне дзеркало обертається навколо вертикальної та горизонтальної осей.

Сонячна електростанція не забруднює довкілля, тому за нею майбутнє.

5. Атомна електростанція. Якщо атоми урану бомбардувати нейтронами, то з кожного ядра утвориться по два осколки і кілька нейтронів. Нейтрони, вдаряючись об інші ядра, спричиняють ланцюгову реакцію поділу нових ядер. Під час поділу ядер енергія зв'язку переходить у кінетичну енергію осколків і виділяється у вигляді теплоти, коли осколки гальмуються в речовинах. Цю вміло зібрану теплоту використовують для нагрівання води й утворення водяної пари, яка приводить в рух турбіну.

Для функціонування електростанції, на якій для нагрівання води й утворення пари використовується ядерна енергія, потрібно мати паливо (уран, плутоній), сповільнювач нейтронів (легка або важка вода, графіт, берилій), теплоносій для відведення теплоти, конструкційні матеріали, органи регулювання ланцюгової реакції (рухомі стрижні з матеріалу, який поглинає нейтрони), систему захисту від випромінювання, систему циркуляції теплоносіїв і перетворення енергії та ін.

Принцип роботи АЕС. Теплоту з ядерного реактора відводять за допомогою теплоносія, який помпами переганяють через активну зону (простір, де перебуває ядерне паливо). Теплоносієм використовують розплавлений натрій, воду тощо. Цю замкнену систему називають першим контуром.

У теплообміннику теплоносій першого контуру віддає теплоту тоді, яку переганяють у другому контурі. Вода, нагрівшись до кипіння, перетворюється на пару. Утворену пару спрямовують у турбіну або використовують для обігрівання будівель і промислових підприємств.

Недоліком двоконтурної системи відведення теплоти від зони реакції є близьке "сусідство" теплоносіїв - натрію і води - у разі руйнування другого контуру. Вода і натрій взаємодіють з виділенням водню та великої кількості теплоти. Аварійна зупинка реактора неминуча. У наш час у деяких країнах Світу вже працюють атомні електростанції з реакторами на швидких нейтронах (РШН). Паливом у цих реакторах використовують уран-238.

Традиційно теплоту від реактора на швидких нейтронах відбирають за допомогою трьох циркуляційних систем (трьох контурів) (рис. 4.1): перша та друга системи наповнені натрієм, третя - водою.

фконтур

Рисунок 4.1 – Схема триконтурної системи передачі теплоти від реактора на швидких нейтронах, який використовується на АЕС

1 - реактор; 2 - помпи для циркуляції теплоносіїв; З - баки-відстійники для теплоносіїв; 4 - теплообмінник другого контуру; 5 - парогенератор третього контуру.

Другий контур упроваджено для підвищення надійності та безпеки реактора, гарантування його роботи навіть у разі неполадок у парогенераторі. Парогенератор складається з 20 тисяч трубок, усередині яких під тиском циркулює вода (перегріта пара); назустріч воді між трубками тече розплавлений натрій. Натрій через стінки трубок віддає свою теплоту воді. Вода, нагріваючись, перетворюється на пару, яку спрямовують у турбіну. Порушення герметичності хоча б в одній із трубок спричиняє вихід води з контуру та взаємодію її з натрієм, а потім вихід з ладу парогенератора. Має місце аварія.

Раціональне використання енергії

Переробні, обробні та інші галузі промисловості мають потребу в усіх видах енергії. Показником енергомісткості того чи іншого технологічного процесу є витрата енергії на одиницю отриманої продукції (наприклад, 1 т, 1 м). Цей показник на різних підприємствах різний, навіть коли це однакова продукція. Дуже енергомісткими є продукція чорної, кольорової металургії та електрохімічних підприємств. Незначною енергомісткістю характеризуються біохімічні, деякі фізико-хімічні (наприклад, адсорбція, мембранізація), хімічні (отримання деяких видів мінеральних. добрив) та інші процеси. Наприклад, виробництво 1 т алюмінію потребує майже 20000 кВтгод. електроенергії, 1 т магнію 18000 кВтгод, 1 т фосфору у середньому 15000 кВтгод., 1 т амоніачної селітри - 10 кВтгод.

Чим менше енергії витрачається на виробництво одиниці продукції, тим менша собівартість продукції і, навпаки, у процесі виробництва металів, фосфору, хлору - це одна з головних статей затрат.

Зменшити енергомісткість продукції можна різними шляхами: використанням вторинних енергоресурсів, удосконаленням технологічного обладнання, заміною енергомістких технологічних процесів процесами незначної енергомісткості, кращим підготовленням сировини до перероблення тощо.

1. Використання вторинних енергоресурсів. Продукція, що виходить з реактора, у більшості випадків, нагріта до високої температури. Теплоту продукції можна використати для попереднього нагрівання сировини, яка надійде в той самий реактор. Теплообмін між нагрітою продукцією і холодною сировиною відбувається в агрегатах, які називають рекуператорами, регенераторами, теплообмінниками. Рекуператором (від лат. "recuperator" - той, що отримує назад) називають теплообмінний апарат, в якому обмінюються теплотою продукція та сировина.

Обмінювання теплотою відбувається через стінки апарата (рекуператора), в якому сировина і продукція рухаються назустріч. Наприклад, у процесі виробництва сірчаної кислоти: газ SО₂, нагрівають теплотою, яку віддає йому у рекуператорі газ SО₃, що виходить із контактного апарата.

Регенератором (від лат. "regenero" - відновлюю) називають теплообмінний апарат, який складається з одної або кількох камер, викладених вогнетривкою цеглою, для вловлювання та використання теплоти вихідних газів.

Регенератори використовують для вловлювання і використання теплоти газів. Наприклад, у мартенівських печах регенератори служать для нагрівання газового палива та повітря теплотою пічних газів, які прямують до димаря. Спочатку пічні гази нагрівають камеру викладену вогнетривкою цеглою до температури 1100-1200°С, а потім холодне повітря та газове паливо нагріваються теплотою, яку вони забирають у вогнетривів, і так почергово. Щоб наблизити періодичний процес до безперервного, потрібно мати два-три регенератори.

Теплоту отриманої продукції використовують також для висушування, випаровування, дистиляції, опалювання та інших потреб підприємства.

2. Удосконалення обладнання. Через недосконалість обладнання велика кількість енергетичних ресурсів втрачається або використовується нераціонально. У кожному технологічному процесі існують різні шляхи вдосконалення технологічного обладнання та раціонального використання вторинних енергоресурсів. Так, у ході електрохімічних процесів витрати електроенергії зменшаться, якщо вдосконалити

3. Апарати, контакти підведення електричної енергії та зменшити відстань між електродами. У дугових печах зменшення витрат електроенергії досягається збільшенням кількості електродів і поліпшенням конструкції електричних печей. Раціональніше використовується теплота газів у мартенівських двованних печах, ніж в однованних.

4. Заміна енергомістких технологічних процесів ощадливими процесами. Зменшити енергомісткість технологічних процесів можна заміною їх на каталізні чи інші процеси, для виконання яких потрібні менші витрати енергії або застосуванням ультразвуку, магнітного поля, вакууму тощо. Наприклад, високотемпературний крекінг нафтопродуктів замінили на каталізний.

4

Збагачення корисних копалин має найважливіше народногосподарське значення, незважаючи на додаткові витрати, тому що воно забезпечує: можливість розширення сировинної бази промисловості за рахунок комплексного використання сировини й залучення в експлуатацію бідних корисних копалин; більш повне використання виробничого встаткування за рахунок висококонцентрованої сировини; економію транспортних засобів; поліпшення якості готової продукції.

Збагаченням корисних копалин на зивається сукупність процесів обробки, в результаті якої мінеральну сировину можна використовувати з більшим технічним і економічним ефектом. При збагаченні корисні копалини відокремлюються від пустих порід і шкідливих домішок. Хімічний склад мінералів у більшості випадків не змінюється.

Зверніть увагу на те, що збагачення забезпечує: можливість розширення сировинної бази промисловості за рахунок комплексного використання сировини й залучення в експлуатацію бідних корисних копалин; більш повне використання виробничого устаткування за рахунок висококонцентрованої сировини; економію транспортних засобів; поліпшення якості готової продукції.

У промисловості застосовують попередню підготовку сировини і збагачення корисних копалин. Залежно від вимог технологічного процесу попередня підготовка сировини полягає (крім сортування) у подрібненні матеріалів (наприклад, апатитонефелінової породи для виробництва фосфорних добрив) або навпаки в укрупненні (брикетуванні) часток сировини й агломерації. Процеси брикетування й агломерації застосовуються, наприклад, у металургії при виробництві чавуну з подрібнених руд, колчеданних недогарків.

Подрібнення матеріалів здійснюється за допомогою щокових і конусних дробарок, у млинах – грохотах, різаках і різальних машинах. Щокові та конусні дробарки використовують для подрібнення руд на великі (300–100 мм), середні (50–10 мм) і малі (10–2 мм) грудки. На більш дрібні фракції (до розмірів 0,1–1 мм) сировину подрібнюють на спеціальних машинах – млинах. За допомогою грохотів, які обладнані колосниковими, листовими або дротяними ситами, яким надають руху кулачкові механізми, руду або вугілля можна розсортувати на декілька (до 10) фракцій.

Для нормального ходу технологічного процесу необхідно, щоб поверхня реагуючих речовин (складових сировини) була оптимальною. Саме тому подрібнену сировину сортують за розмірами шматків.

З цією метою сировину, що надходить з різних родовищ (шахт), змішу- ють (усереднюють) шляхом її перемішування на складах гірничозба- гачувальних комбінатів (ГЗК).

Збагаченням сировини називають сукупність процесів первинної обробки мінеральної сировини, що мають на меті відділення всіх цінних мінералів від порожньої породи, а також взаємне розділення цінних мінералів.

Метою збагачення є одержання сировини з якомога більшим вмістом корисних елементів. При збагаченні утворюються дві або кілька фракцій. Фракції, збагачені одним з елементів корисних компонентів, називаються концентратами, а фракції, що складаються з мінералів, які не використовуються в даному виробництві, тобто порожньої породи, називаються хвостами. Велике значення збагачення полягає в тому, що одержані концентрати мають стандартний, постійний і більш однорідний, ніж вихідна сировина, склад і властивості. Методи збагачення сировини залежать від агрегатного стану вихідних корисних копалин і від властивостей основних компонентів. Наприклад, види збагачення мінеральної сировини (у твердому стані) розподіляються на механічні, фізико-хімічні та хімічні і ґрунтуються на розбіжностях у таких властивостях, як щільність, розмір і форма мінералів, міцність, електропровідність, вологість, розчинність, магнітна проникність і ін.

Слід відзначити, що найбільш поширеними є механічне збагачення – просівання, гравітаційний поділ, електромагнітна сепарація, електростатичне збагачення, термічний поділ і ін.

Наприклад, електромагнітна сепарація застосовується для відокремлення магнітних матеріалів від немагнітних – порожньої породи. Просівання засноване на тому, що мінерали, які входять до складу сировини, розділяються на фракції за розмірами. Гравітаційний поділ заснований на різниці швидкостей осідання часток у рідині або газі залежно від їх щільності. Гравітаційне збагачення сировини буває сухим і мокрим.

До фізико-хімічних способів збагачення сировини відносять флотаційний метод, заснований на різній змочуваності компонентів, що входять до складу сировини. Більшість мінералів у природних умовах мало відрізняються за змочуваністю один від одного. Для їхнього поділу створюють умови неоднакового змочування окремих компонентів породи, що досягається застосуванням флотаційних реагентів: піноутворювачів, збирачів, регуляторів і активаторів флотації, а також подавлювачів, які здатні перешкоджати спливанню певних мінералів. Досить ефективним видом збагачення є селективна флотація, проведена кілька разів за кілька стадій. Селективною флотацією поліметалевої мідної руди одержують до 10 концентратів окремих мінералів, а під водою залишається порожня порода; при цьому витрати флотацій- них реагентів становлять 100 г на 1 т породи.

Рідкі розчини різних речовин концентрують випарюванням, виморожуваннням, виділенням домішок в осад або газову фазу. Газові суміші розділяють на компоненти за допомогою різних фізичних і фізико- хімічних методів, таких як: поглинання окремих газів рідиною (абсорбція) чи твердими поглиначами (адсорбція) або поділом зріджених газів на фракції й ін.

Хімічні способи збагачення ґрунтуються на різній розчинності частин сировини в тому або іншому розчиннику або на різній здатності сировини вступати в ті або інші хімічні реакції (окислювання, розкладання, відновлення). Хімічні способи збагачення особливо поширені в металургії й хімічній промисловості; у такий спосіб розділяють золото й срібло, що містяться в незначних кількостях у рудах (шляхом взаємодії їх з ртуттю, ціаністим натрієм, хлором). До операції хімічного збагачення відносять також випал мінералів з метою розкладання карбонатів, видалення кристалізаційної вологи, випалювання органічних домішок і інших процесів, що приводять до збільшення концентрації корисного компонента в продукті збагачення. Всі ці операції є в біль- шості типових хіміко-технологічних процесів.

Важливим питанням при вивченні теми є питання якості сировини.

Саме вибір і якість сировини визначають режим роботи та продуктив- ність обладнання, впливають на якість і собівартість продукції. Якість сировини зумовлюється сукупністю її фізичних, механічних, хімічних і технологічних властивостей.

Так для виробництва чавуну використовують руди з різним вмістом заліза. У разі значного вмісту заліза в руді зменшуються витрати на підготовлення руди до перероблення та витрата палива (коксу або природного чи іншого газу), зростає продуктивність доменної печі, і навпаки, якщо вміст заліза малий, то збільшуються витрати на підготовлення руди та витрати палива і зменшується продуктивність печі.

При використанні руд з великим вмістом домішок (фосфор, сірка та ін.) і породи збільшуються витрати палива, флюсу, зменшується продуктивність печі та погіршується якість чавуну.

У процесі виробництва сірчаної кислоти використовують сірку, сірчисті мінерали та викиди газів кольорової металургії тощо. Кислоту найкращої якості отримують із сірки.

Зверніть увагу на те, що для виготовлення якісної продукції необхідно дотримуватися таких вимог: якісна сировина та паливо; досконале обладнання (агрегати, верстати, печі, апарати тощо) та відповідна новітня технологія. Усі ці вимоги взаємопов’язані.

Аналіз роботи підприємства показує, що економіка виробництва залежить не лише від якості сировини, але і від раціонального та комплексного її використання.

Відомо кілька шляхів раціонального використання сировини. Найважливішими з них є належний вибір сировини, добре збагачення, комплексне перероблення та максимальне використання відходів.

Зверніть увагу, що вибір сировини визначає тип технологічного обладнання, тривалість її перероблення та впливає на техніко-економічні показники роботи підприємства. Сучасні технології дають змогу одну і ту саму продукцію виробляти з різних видів сировини. Наприклад, деякі деталі для машин виготовляють з металів, пластмас; сірчану кислоту виробляють із сірки, сірчистих мінералів і викидних газів кольорової металургії.

Собівартість сировини визначає собівартість продукції. Значні темпи зростання виробництва різної продукції збіднюють поклади мі- неральної сировини. У багатьох випадках експлуатуються родовища корисних копалин з мізерним вмістом потрібного елемента або родовища, які залягають дуже глибоко. Внаслідок цього збільшуються витрати на видобування, підготовлення та транспортування сировини до місця перероблення. Саме тому дуже важливо повністю використовувати мінеральну сировину: вилучати всі її корисні компоненти та використовувати відходи.

Такий підхід до використання мінеральної сировини забезпечує отримання найбільшого економічного ефекту з найменшим забрудненням довкілля.

Комплексне використання сировини застосовують у процесі перероблення твердих видів палива, нафти, руд кольорових металів, рослинної та тваринної сировини тощо. Так при переробленні руди кольорових металів отримують кадмій, індій, селен, телур, реній та ін., а з викидних газів виробляють сірчану кислоту.

До комплексного використання сировини залучають одразу кілька підприємств. Наприклад, при конверсії природного газу разом з воднем, який потрібний для синтезу амоніаку, отримують діоксин вуглецю, який не використовується у виробництві амоніаку, тому виробництво амоніаку суміщають з виробництвом карбаміду (сечовини).

При комплексному використанні сировини зменшуються витрати на транспортування, не забруднюється довкілля та зменшується собівартість основної продукції.

Промислова водопідготовка. Під водопідготовкою слід мати на увазі комплекс заходів і технологічних процесів з отримання води необхідної якості. До них належать: відстоювання, фільтрування, знезараження води, зм’якшення і знесолення та ін. Так, наприклад, процес відстоювання дозволяє видалити з води грубі та дисперсні зважені домішки, що безперервно осідають на дно відстійних бетонних резер- вуарів. Для досягнення повного посвітління й знебарвлення води від колоїдних домішок у відстійники вводять коагулянти – хлориди чи сульфати алюмінію або заліза. Осад, що утворився при коагуляції, ви- даляється з води відстоюванням і фільтруванням.

Фільтрування – важливий метод очищення води; для цього застосовуються піщані фільтри із зернистим фільтруючим шаром.

Знезаражування води – обов’язковий процес очищення води, яка використовується для побутових потреб. Знищення хвороботворних

мікробів і окислювання органічних домішок досягається хлоруванням за допомогою газоподібного хлору, а також озонуванням і кип’ятінням.

Вода може бути знезаражена також за допомогою ультразвукових хвиль і ультрафіолетового опромінення. Важливим заходом водопідготовки для питних потреб варто вважати усунення запахів води.

Зм’якшення й знесолення – основні процеси водопідготовки. Видалення з води всіх солей (всіх катіонів і аніонів) називається знесо- ленням, а солей кальцію й магнію – зм’якшенням. Повне знесолення для одержання дистильованої води застосовується порівняно рідко. Способи зм’якшення підрозділяються на хімічні, фізичні й фізико- хімічні.

Розглядаючи хімічні методи водопідготовки, слід звернути увагу на їх сутність, яка полягає у зв’язуванні іонів кальцію й магнію за допомогою реагентів у нерозчинні сполуки, що легко видаляються.

За застосовуваними реагентами розрізняють такі хімічні способи:

а) вапняний (вплив гашеним вапном); б) содовий (кальцинованою со- дою); в) натронний (їдким натром); г) фосфатний (тринатрійфосфатом). Найбільш економічно застосовувати комбінування методів очистки, це забезпечує усунення тимчасової й постійної твердості, видалення іонів заліза, коагулювання органічних і інших домішок. Таким методом є вапняно-содовий у сполученні з фосфатним або комбінований хіміч- ний метод зм’якшення з фізико-хімічним (наприклад, іонообмінним). Сутність іонообмінного способу полягає у видаленні з води іонів кальцію й магнію за допомогою іонітів (іонообмінних смол), здатних об- мінювати свої іони на іони, що втримуються у воді.

До фізичних способів зм’якшення води належать кип’ятіння, дис- тиляція й виморожування. Дистильовану воду одержують перегонкою на спеціальному дистиляційному устаткуванні. Дистильована вода широко застосовується у виробництві особливо чистих реактивів і в лабораторній практиці.

Сучасним методом фізико-хімічного зм’якшення води є електрохімічний, заснований на використанні електродіалізу і електроосмосу. Дегазація, тобто видалення з води розчинених газів, проводиться хімічним і фізичним способами. Нейтралізація застосовується головним чином для оборотної води, що забруднюється кислотами або лугами у виробничих процесах. Для нейтралізації використовують вапно, соду й інші реагенти.

Винятково важливого значення в нинішніх еколого-економічних умовах набуває раціональне використання водних ресурсів. Це змушує економити воду та шукати способи раціонального її споживання і розробляти методи багаторазового використання, тобто впроваджувати оборотні системи споживання.

Оборотні системи водопостачання можна вико- ристати й у сільському господарстві. Досить перспективним є використання побутових стічних вод для зрошення сільськогосподарських культур (на “полях зрошення”).

5

Енергія води. Енергія припливів

У припливах і відпливах, що змінюють один одного двічі на день, також зосереджена величезна енергія. Припливи - це результат гравітаційного притягання великих мас води океанів з боку Місяця і, у меншому ступені, Сонця. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Коли «горб» підйому води досягає суші, як це повинно відбуватися внаслідок обертання Землі, настає приплив. Подальше обертання Землі послабляє вплив Місяця на цю частину океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча їхній точний час змінюється в залежності від сезону і положення Місяця.

Середня висота припливу складає усього лише 0,5 м, за винятком тих випадків, коли водяні маси переміщаються у відносно вузьких межах. У таких випадках виникає хвиля, висота якої може в 10-20 разів перевищувати нормальну висоту припливного підйому. Щороку найбільш високі припливи бувають тоді, коли Місяць і Сонце знаходяться майже на одній лінії, так що сумарний гравітаційний вплив збільшує обсяг переміщуваної океанської води. Біологічні і фізичні наслідки будівництва приливних електростанцій.

Фізичні наслідки. Коли ми дивимося на припливи з їх загрозливою енергією, нам варто подумати про вплив на навколишнє середовище припливних басейнів. Зосередимося на фізичних змінах, що можуть відбутися з морської сторони припливної електростанції.

Амплітуда припливу може збільшуватися усього лише на 30 см, але навіть така невелика зміна загрожує серйозними наслідками. Припливні води, що надходять, можуть піднятися на 15 см, а це здатне привести до вторгнення морської води в прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу верхньої відмітки припливу. Можливе прискорення берегової ерозії, а низинні ділянки, включаючи дороги, будуть затоплятися, коли шторми і припливи, що збільшилися, об'єднають зусилля. Берегова смуга буде практично непридатна для використання через більш високі припливи. Оцінки площі берегової смуги, що може бути загублена через приливне затоплення, коливаються від 17 до 40 квадратних кілометрів. Звичайно, місцеві втрати залежать від крутизни схилу і характеру берега. Відплив, що може виявитися нижче на 15 см, здатний утруднити доступ до човнів і до води з причалів. Збільшена висота припливу може викликати надходження більш солоної води в устя річок і цим змінити співвідношення водних організмів, що живуть там.

Енергія вітру

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2% потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Криму і Карпат. У нинішню епоху високих цін на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентноздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни.

При швидкості вітру 33 км/год. подовження крила пропелера в 4 рази (з 15 до 60 м) збільшує виробництво енергії в 16 разів. Відмітимо також, що при довжині крила 30 м вітер зі швидкістю 50 кілометрів за годину забезпечує виробництво електроенергії у 26 разів більше, ніж вітер зі швидкістю 17 кілометрів за годину. Саме тому інженери схиляються на користь великих вітродвигунів і прагнуть перехопити вітер на великій висоті.

Більшість великих вітродвигунів, що споруджуються зараз чи уже діючих, розраховано на роботу при швидкостях вітру 17-58 кілометрів за годину. Вітер зі швидкістю менше 17 кілометрів за годину дає мало корисної енергії, а при швидкостях більш 58 кілометрів за годину можливе пошкодження двигуна.

Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів. Навіть якщо такий вітер забезпечує одержання набагато більше енергії, ніж слабкі вітри, він робить настільки сильний тиск на крила, що вся машина може бути зруйнована. Крім того, тривалість часу, коли дмуть штормові вітри, настільки мала, що внесок штормових вітрів у сумарне виробництво енергії незначний, і це робить подібний ризик безглуздим. Щоб усунути проблему штормових вітрів, крила вітродвигунів згинають так, щоб вони були злегка повернені в одну сторону для зменшення напору вітру; завдяки цьому повні удари сильних поривів не ушкоджують пропелер. Ця стара практика відома як «оперення». Щоб запобігти поломці крил, застосовують також нові матеріали, здатні протистояти великим навантаженням.

Інші проблеми в конструкції вітродвигунів обумовлені просто природою системи, необхідної для перехоплення енергії вітру. Двигуни звичайно встановлюють на високих вежах, щоб пропелери були відкриті більш сильним вітрам. Ближче до поверхні землі будинки, дерева, невеликі пагорби і т.п. стримують і послабляють вітер. Тому потрібні високі щогли. Однак важке устаткування - пропелер, коробка передач і генератор - повинні розміщатися на верхівці щогли, і це вимагає міцної конструкції.

Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах - від легкого подиху до могутніх поривів; у зв'язку з цим міняється і число обертів генератора за секунду. Для усунення цього перемінний струм, що виробляється при обертанні осі генератора, випрямляють, тобто перетворюють у постійний, що йде в одному напрямку. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм надходить в електронний перетворювач, що робить стабільний перемінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему. Невеликі вітродвигуни на кшталт тих, що використовують на ізольованих фермах чи на морських островах, подають випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Акумуляторні батареї необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер занадто слабшає для виробництва енергії.

Більш важка проблема регулювання всієї системи електростанцій. Тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії чи зовсім її не виробляють. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потреби в ньому.

Перспективи вітрової енергетики в Україні

За оцінками вчених Інституту електродинаміки й Інституту відновлюваної енергетики НАНУ, наша країна має значний потенціал в області відновлюваних джерел енергії, однак при цьому немає чіткої, спрямованої на їхній розвиток, державної політики. Ще у 1996 році Президент підписав Указ “Про будівництво вітрових електростанцій”. До нього розроблено й затверджено Кабміном “Комплексну програму будівництва вітрових електростанцій”. Зокрема, було передбачене збільшення оптового тарифу на електроенергію на 0,75%, з наступним спрямуванням цих коштів на будівництво вітрових електростанцій і виробництво сучасного вітроенергетичного обладнання. Основна частина вітроагрегатів, що використовуються на електростанціях, починає виробляти електроенергію при швидкості вітру 5 м/с. Саме такою є середньорічна швидкість вітру в Карпатському, Причорноморському, Приазовському, Донбаському, Західно-Кримському, Східно-Кримському регіонах країни. Сьогодні в Україні працює шість вітрових електростанцій: Аджигольська, Асканієвська, Донузлавська, Новоазовська, Сакська й Трускавецька ВЕС. Їхня загальна потужність, що генерується, становить трохи більше 70 МВт. Для порівняння варто відзначити, що це менше одного енергоблоку теплової електростанції. За оцінками вчених, теоретичний вітропотенціал території України становить 330 млн. МВт, що більш ніж у 6 000 разів перевищує загальну потужність, що генерується, нашої енергосистеми. Реальною перспективою для України є створення вітрових потужностей, які генеруються, в розмірі 16 000 МВт (в еквіваленті це 16 атомних енергоблоків). Слід зазначити, що у світі вітрова енергетика розвивається досить інтенсивно й у деяких країнах випереджає за показниками інші енергетичні галузі. Лідируючими країнами в освоєнні енергії вітру є США, Німеччина й Данія.

Сонячна енергія

На сьогоднішній день одне з найпомітніших місць серед альтернативних джерел енергії займає сонячна енергетика. Крім того, цей сектор енергетики є одним із самих швидко зростаючих, що спонукає фахівців приділяти йому особливу увагу. За оцінками експертів, світовий ринок сонячних елементів щорічно зростає більш ніж на 30 відсотків. За інформацією, оприлюдненою Європейською Асоціацією фотоелектричної промисловості в Європейському Союзі, за сприятливих умов, до 2010 року обсяги електроенергії, виробленої шляхом перетворення сонячної енергії, можуть перевищити показник 2006 року більш ніж у тричі.

Переваги у використанні.

По-перше, сонячна енергія доступна в кожному кутку нашої планети, розрізняючись по щільності потоку випромінювання не більше ніж удвічі. Тому вона приваблива для всіх країн, відповідаючи їх інтересам в плані енергетичної незалежності. По-друге, сонячна енергія – це екологічно чисте джерело, що дозволяє використовувати його у все зростаючих масштабах без негативного впливу на навколишнє середовище. Крім того, сонячна енергія – це практично невичерпне джерело енергії, яке буде доступне людству і через мільйони років.

До переваг сонячної енергії також можна віднести ще ряд фактів. Так типова сонячна система, виготовлена на базі монокристалічної кремнієвої технології, генерує протягом терміну своєї експлуатації більше енергії, ніж було витрачено на її виробництво. Наприклад, стандартна сонячна батарея наземного застосування, виконана за найбільш поширеною технологією гарантовано служить 20-25 років, повертаючи витрачену на своє виробництво електроенергію в перші 2 роки експлуатації. Крім того, вартість електроенергії, виробленої за допомогою прямого перетворення сонячного випромінювання, постійно знижується і, за прогнозами, зрівняється з вартістю традиційної електроенергії не пізніше за 2015 рік.

Для повного задоволення потреби всього Євросоюзу в електроенергії при нинішньому технічному рівні розвитку сонячної енергетики необхідно освоїти близько 0,7% від його загальної площі. Проте ці площі не конкурують з корисними землями, оскільки для розміщення сонячних батарей використовуються дахи, фасади будівель, шумові загороди автобанів та інші об'єкти. Тобто наявність вільного простору не є обмежуючим чинником для розвитку сонячної енергетики.

З технічної точки зору переваги сонячних систем полягають у відсутності необхідності використовувати яке-небудь паливо, рухомих частин, що зношуються, проведення трудомісткого технічного обслуговування для підтримки системи в працездатному стані. Значною перевагою є їх модульність, що дає можливість швидкого монтажу в місцях експлуатації, відсутність експлуатаційного шуму і джерел шкідливих викидів.

Світовий досвід показує, що бурхливий розвиток альтернативної енергетики, зокрема сонячної, став можливим в першу чергу завдяки належній підтримці на рівні держав. Так, наприклад, прийнятий сенатом США законопроект вимагає перевести не меншого 10% електроенергії, що виробляється в цій країні, на поновлювані джерела. Програми стимулювання розвитку сонячної енергетики діють і в багатьох інших розвинених країнах. Найбільш помітними з них є програми "Сто тисяч дахів в Німеччині", "Мільйон дахів в США" і "Мільйон дахів в Японії”.

У природних екосистемах лише невелика частина сонячної енергії поглинається хлорофілом, що міститься в листах рослин, і використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу і води. Таким чином, вона вловлюється і запасається у вигляді потенційної енергії органічних речовин. За рахунок їхнього розкладання задовольняються енергетичні потреби всіх інших компонентів екосистем.

Підраховано, що приблизно такого ж відсотка сонячної енергії цілком достатньо для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту не тільки зараз, але й у доступному для огляду майбутньому. Більш того, незалежно від того, будемо ми нею користуватися чи ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не позначиться.

Однак сонячна енергія падає на всю поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої інтенсивності. Тому її потрібно вловити на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити в таку форму, яку можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб. Крім того, треба вміти запасати сонячну енергію, щоб підтримувати енергопостачання і вночі, і в похмурі дні. Перераховані труднощі і витрати, необхідні для подолання, наводять на думку про непрактичність цього енергоресурсу, принаймні сьогодні. Однак у багатьох випадках проблема перебільшується.

Головне - використовувати сонячну енергію так, щоб її вартість була мінімальна або взагалі дорівнювала нулю. В міру вдосконалювання технологій і подорожчання традиційних енергоресурсів ця енергія буде знаходити все нові і нові області застосування.

Світлове випромінювання можна вловлювати безпосередньо, коли воно досягає Землі. Це називається прямим використанням сонячної енергії. Крім того, вона забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря і нагромадження органічної речовини в біосфері. Виходить, звертаючи до цих енергоресурсів, ми по суті справи займаємося непрямим використанням сонячної енергії.

Перспективи сонячної енергетики

За оцінками фахівців, загальний об'єм “сонячного” сектора енергетики в нашій країні складає близько 2 млрд. кВт-год електроенергії на рік. А ще є величезний потенціал розвитку даного напряму, починаючи від початкової сировини до готових систем. І можливості для розвитку ланцюжка по перетворенню сонячного випромінювання в електричну енергію, починаючи сировиною для виробництва кремнію і закінчуючи монтажем закінчених систем, в Україні також є.