Енергетика України: можливості, проблеми та перспективи Зміст Вступ



Сторінка1/2
Дата конвертації11.03.2019
Розмір2.12 Mb.
  1   2

Енергетика України: можливості, проблеми та перспективи


Зміст
Вступ……………………………………………………………………………… 3

Розділ 1. Відновлювальні енергетичні ресурси……………………………… 5

    1. Техніко-економічна та екологічна оцінка нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії…………………………………………..……… 8

    2. Вітроенергетика України……………………………………………….. 11

    3. Характеристики та ресурси сонячної енергії…………………………..13

    4. Енергія морських хвиль та перспективні установки…………………..18

    5. Геотермальна енергія……………………………………………………21

Розділ 2. Перспектива малої гідроенергетики в Україні……………..………24

      1. Шляхи вирішення проблеми використання деревини для отримання енергії в Україні…………………………………………………………………… 27

      2. Використання теплових насосів…………………………………… 29

      3. Прогноз розвитку генеруючих потужностей на період 2010 р….… 33

Розділ 3. Висвітлення екологічних проблем на уроках фізики...................34

      1. Розробка одного із видів занять…….……………………………… 41

Загальні висновки…………………………….………………………………… 49

Використана література…………….………………………………………….. 55





У світі споживається дуже багато енергії. Так, за оцінками 1997 року споживання електроенергії складало 12,8∙109 тонн умовного палива (13,7∙109 кВт рік). При цьому сумарне енергоспоживання подвоюється кожні 20 років, а споживання електроенергії - кожні 10-12. Прогнозується, що надалі споживання вже не зростатиме такими темпами, а можливо, навіть зменшуватиметься. Очевидно, що енергетичні ресурси займають особливе місце серед інших сировинних ресурсів. Енергетичні ресурси поділяють на невідновлювані та відновлювані, тому такий же поділ стосується і відповідних джерел енергії.

До невідновлюваних відносять енергетичні ресурси, запаси яких поступово зменшуються (кам'яне та буре вугілля, нафта, природний газ, горючі сланці, торф, сучасне ядерне паливо та ін.).

До відновлюваних належать енергетичні ресурси, запаси яких постійно відтворюються (гідроенергія, сонячна енергія, енергія вітру, енергія припливів і морських хвиль, енергія біомаси). Перелік видів нетрадиційної енергетики на відновлюваних джерелах енергії в майбутньому буде постійно поповнюватися новими видами та новими спосо­бами видобутку енергії.

Прогнози запасів енергетичних ресурсів на Землі суперечливі і часто змінюються, що пояснюється різними підходами до їх підрахунку та неповним вивченням надр. Викопні природні ресурси, такі як нафта, природний газ і вугілля становлять 90% комерційного первинного спо­живання енергії у світі. Частка енергії атомних електро­станцій становить приблизно 7%, а гідроелектростанцій - 2%. Отже, на нетрадиційні відновлювані джерела енергії припадає всього 1% .

Не може бути сумнівів, що поступово співвідношення змінюватиметься у бік зростання частки споживання відновлюваних енергетичних ресурсів, які за своїми запасами набагато перевищують невідновлювані (приблизно у 7 разів). Незначна частка нетрадиційних джерел енергії у світовому балансі споживання енергії пояснюється, в першу чергу, тим, що внаслідок низької густини на одиницю поверхні та нерівномірного розподілу в часі питомі затрати на одиницю встановленої потужності і вартість енергії при теперішніх технологіях дуже високі, а отже, нетрадиційні джерела не можуть конкурувати з традиційними.

У промислово розвинених країнах створені спеціальні довгострокові національні програми з освоєння нетради­ційних джерел енергіії. Прогнозується, що їхня частка у ви­робництві електроенергії і теплоти в 2010 р. становитиме 2,5%, а до 2020 р. зросте до 8%. Така тенденція підтри­муватиметься і стимулюватиметься також внаслідок загострення екологічних проблем.

Зміни клімату, кислотні дощі, розливи нафти, радіоактивні відходи, транспортне забруднення загрожують нашому здоров’ю, нашій економіці і навколишньому середовищу. Все це є результатом використання нами енергетичних ресурсів неекостійким способом.

Зміни клімату загрожують широкомасштабним руйнуванням більшості світових природних екосистем, кислотні дощі - це небезпека для дерев, дикої природи і споруд; приземна концентрація озону перешкоджає росту рослин; забруднене повітря викликає рак і респіраторні захворювання, які щороку вбивають багато тисяч європейців, впливають на стан здоров’я ще більшої кількості людей, приводять до затрат мільярдів екю на виконання програм оздоровлення, втрати продуктивності, зменшують урожайність і пошкоджують споруди.

Однак енергія є основною умовою нашого соціально-економічного розвитку і служить наріжним каменем для зусиль з підвищення якості нашого життя і задоволення запитів населення. Вважається, що енергетичні потреби Європи постійно збільшуються. Очікується, що залежність Європейського Союзу від імпорту енергоресурсів досягне у 2020 році 70% від загального споживання первинної енергії.

Обмеження щодо використання ресурсів залежать не стільки від ступеня їх доступності, скільки від можливості переборювати наслідки їх впливу на екосистеми на локальному і глобальному рівнях. На існуючому рівні використання ресурсів приводить до високого екологічного впливу. Однак, якщо не враховувати їх екологічної і соціальної ціни, то споживання енергоресурсів і забруднення навколишнього середовища виглядають дуже дешевими.

Забруднення, викликане внаслідок використання нами енергії, впливає на стан здоров'я людей і приводить до втрати продуктивності, скорочення урожайності і створює небезпеку для споруд.

Погана якість повітря щороку викликає тисячі передчасних смертей, особливо з нею пов'язані захворювання серця і верхніх дихальних шляхів, загострення протікання астми, емфіземи і бронхіту. Для речовин, які викликають рак, таких, як бензол, за твердженням Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), не існує "безпечного рівня". Забруднюючі гази викликають кислотні дощі, створюють значну загрозу природним об'єктам і будівлям, а також зменшують продуктивність сільського господарства. Викиди вуглекислого газу є причиною змін клімату, що обумовлює загрозу усьому нашому способу життєдіяльності. Схожим чином не icнує
безпечного рівня викидів і відходів атомних електростанцій.


Особливо чутливими до рівня забруднення повітря є маленькі діти і літні люди, які страждають від астми, захворювань серця і легень, - тобто саме ті, хто не має найменшого відношення до забруднень.


  1. ВІДНОВЛЮВАНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ


Відновлювані енергетичні ресурси (в.е.р.) будуть відігравати важливу роль у європейській енергетичній структурі у найближчі роки. До 2020 року в.е.р. можуть стати єдиним вагомим вкладом у забезпечення Європи первинною енергією і зможуть забезпечити більше 50% світової потреби в енергії до 2060 року.

В.е.р. - це сучасні технології, які мають всебічну підтримку суспільства і багато численних переваг перед використовуваними звичайними джерелами енергії. В.е.р. дають можливість значно зменшити викиди С02 та інших забруднювачів, пов'язаних з діяльністю енергетичного сектору економіки. Крім того, вони підвищують безпеку різноманітних джерел і зменшують залежність від імпорту. Розвиток промислової бази постачання на потенційно великий ринок допоможе відродити регіони Європи, де спостерігається занепад промисловості. Потенціал зайнятості для відновлюваної енергетики майже в 5 разів перевищує такий для викопного палива. Вона забезпечує зайнятість на місцевому рівні і може відігравати важливу роль в регіональному розвитку за рахунок втілення вигідних і стійких джерел прибутку у сільській місцевості. Поширеність в.е.р. дозволяє їм стати засобом розвитку віддалених регіонів і зв’язку між ними. Відновлювана енергетика має переваги в плані підсилення електрощітки у віддалених районах.

У 1997 році Європейська Комісія запропонувала збільшити вклад в.е.р. до 12% валового внутрішнього використання енергії до 2010 року, на відміну від 8% до 2005 року, встановлених Альтернативною програмою. З метою полегшення моніторингу стратегії і допомоги у подоланні проблем, які виникають з попередньої єдиної і неподільної мети (такої, як невдала мета ЄС з енергоефективності), кожна країна і кожний енергоресурс можуть бути законодавчо прив'язані індивідуальними цілями як до 2005, так до 2010 років.

Життєво важливим також є те, що в.е.р. тісно пов'язані з місцями їх розміщення. Але зосередженість тільки на питаннях зниження вартості і вибору дешевших місць розміщення відновлюваних ресурсів може привести до конфлікту, особливо на екологічно напружених територіях. Наприклад, існує занепокоєння щодо зміни пейзажу вітровими станціями у мальовничих місцевостях, екологічного впливу гідроелектростанцій, впливу монокультур енергетичних рослин на біорізноманіття. Безоглядне розміщення і розвиток екологічно небезпечної енергетики, гігантські гідроелектростанції і припливні станції, масштабне використання монокультурної біомаси та деяких геотермальних станцій мало і негативний вплив як на місцеве навколишнє середовище, так і на перспективу подальшої суспільної підтримки використання відновлюваної енергетики. Залучення місцевого населення до планування і розвитку енергетичних систем і місцевих інвестицій у ці системи є вкрай важливим з точки зору отримання суспільної підтримки.



Можливості і проблеми.
Вітрогенератори. Вартість електроенергії вітрових станцій за останні десятиліття різко знизилась і в багатьох випадках стала менше 0,04 екю/кВтгод. Цей метод стане більш прийнятним для суспільства, якщо ми вирішимо проблеми візуального і шумового впливу таких систем, розміщених поблизу поселень. Вітрові станції розміщені поблизу морського берега, набувають зараз комерційного значення, вони розширюються у Данії, і їх розвиток планується у Об'єднаному та в Королівстві та в Нідерландах. 10% електричної енергії для Європи може вироблятися вітровими турбінами, які займають поверхню землі не більше острова Кріт.

Біомаса. Використання біомаси вже вносить значний вклад у
постачання енергії в Австрії і Данії, а для того, щоб в цій же мірі
використовувати біомасу для виробництва енергії в інших частинах
європейської території, необхідно терміново провести реформу
сільськогосподарської політики. Питання виробництва біопалива
зараз вирішено на спустошених землях, але цього недостатньо для забезпечення необхідних інвестицій у цей вид ресурсу. Досконало оцінити екосистеми потрібно до, під час і після впровадження
відповідних сільськогосподарських культур. Існує багато перепон впливу інтенсивного виробництва енергетичних монокультур на біорізноманіття і використання енергоінтенсивних методів. Їх можна подолати використанням змішаних різновидів рослин і без штучних добрив і пестицидів.


Гідроелектростанції. Гідроелектростанції роблять значний внесок у забезпечення Європи електроенергією. Екологічні впливи, конфлікти, що стосуються використання води, мають переваги у випадках використання широкомасштабних систем. Щоб уникнути хоча б значного екологічного впливу, можуть бути спроектовані невеликі гідроелектростанції. Хоча більше 40% загального потенціалу гідростанцій Європи вже використано, існує багато потенційних місць для розміщення гідростанцій малого розміру, а також є значний потенціал для модернізації і реставрації існуючих систем.

Сонячна енергетика. Пасивні і активні сонячні нагрівачі, сонячні термоелектричні і фотоелектричні станції можуть зробити значний внесок у енергетичну структуру Європи. Фотоелектричні станції можуть забезпечувати 450 000 МгВ потужності у ЄС, забезпечуючи 16% потреби Європи у електричній енергії. Для всієї Європи покриття фасадів будівель і дахів фотоелектричними батареями створює великий потенціал, який для покрівель будинків при використанні існуючих технологій оцінюється в 500ТВт. Залучення архітекторів до проектування будинків з використанням фотоелементів як з пасивними, так і з активними сонячними нагрівачами є необхідним, це забезпечує узгоджений підхід до розвитку промислової інфраструктури з метою стимулювання ринку. Масове виробництво у Європі повинно привести до значного зниження їх ціни завдяки зменшенню розмірів і збільшенню масштабів виготовлення. Але, як було доведено, вартість фотоелементів стане конкурентноздатною при досягненні пікових значень вартості на електричну енергію протягом майбутніх десяти років. Однак існують екологічні проблеми, пов'язані з виробництвом фотоелементів, і тільки технології з використанням кремнію вважаються прийнятними з точки зору екологічних наслідків.

Хвильова енергетика. Необхідне подальше фінансування наукових досліджень хвильових станцій, які володіють потенціалом по забезпеченню значного внеску Європи і всього світу. Енергетичний потенціал хвильових станцій оцінюється приблизно в 155ТВт для ЄС – 12 (що складає 6,7% поточного виробництва електроенергії у Європейському Союзі).

Припливна енергетика. Вплив на природне середовище припливних станцій є великою проблемою і в багатьох випадках
перевищує потенційну користь.


Геотермальна енергетика. Геотермальні станції можна використовувати тільки там, де немає значного впливу на чутливість екосистем і де є можливість формування замкнутих циклів.

Відходи. Відходи лісового і сільськогосподарського виробництва можуть бути корисно спалені або розчинені для виробництва метану
для подальшого спалення. Спалювання місцевих відходів, з іншого боку, не розглядається як придатне до включення у програму відновлюваної енергетики через велику кількість пластмас і інших не відновлюваних матеріалів, які повинні б бути спалені. Спалювання відходів повинно бути вигідне там, де серед інших умов існують такі: відходи незмішані; спалювання не завдає шкоди навколишньому середовищу; спалювання
здійснюється в ієрархічній послідовності із зменшенням відходів, з
наступним використанням і переробкою до стану, після якого
матеріал не може більше підлягати обробці. Головна ж мета
полягає у значному зменшенні об'ємів відходів.



    1. Техніко-економічна та екологічна оцінка

нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії
Забруднення довкілля внаслідок використання значної кількості енергії приводить як до глобальних, так і до локальних кризових явищ. Глобальне потепління, кислотні дощі, забруднення від автомобільного, авіаційного транспорту і радіоактивні викиди негативно впливають на довкілля, в кінцевому результаті на здоров'я людей і економіку країн. Економія енергії, раціональне самообмеження споживання ресурсів, підвищення енергоефективності, використання нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії будуть життєво важливими напрямками створення екостійких енергетичних інфраструктур.

Всі енергетичні ресурси на Землі є продуктами функціонування Сонця. Практично вся нетрадиційна енергетика - це перетворення і використання енергії Сонця прямими і непрямими методами. Прямі методи використання сонячної енергії базуються на перетворенні сонячного випромінювання в електричну або теплову енергію. Непрямі методи – використання кінетичної і потенціальної енергії, які виникають внаслідок взаємодії сонячного випромінювання з геосферами.

До нетрадиційних відновлювальних джерел енергії (НВДЕ), які в даний час можуть бути ефективно використані в енергетичній галузі, відносяться:

  • геліосистеми,

  • вітроенергетичні системи,

  • біогаз,

  • енергія малих річок,

  • геотермальна енергія,

  • неділова деревина і деревні відходи,

  • енергія океанів (припливні, хвильові та інші електростанції),

  • підземна газифікація вугільних родовищ,

  • рідкі альтернативні палива,

  • мускульна енергія тварин.

Необхідність і можливість використання НВДЕ обумовлені наступними причинами:

  • дефіцитом традиційних паливно-енергетичних ресурсів;

  • екологічними проблемами енергетики, пов’язаними з використанням застарілого обладнання на ТЕС, недостатньою надійністю АЕС і утилізацією та переробкою їх відходів;

  • сприятливими клімато-метереологічними умовами для використання основних видів відновлювальних джерел енергії;

  • наявністю промислової бази, придатної для виробництва обладнання для нетрадиційної енергетики.

Ресурси основних відновлювальних джерел енергії в Україні, їх енергетичний потенціал, об’єми використання наведені в таблиці 1.

Економічна ефективність використання відновлювальних джерел енергії залежить від географічних, соціально-економічних умов. Однак зосередженість тільки на питаннях зниження вартості та вибору дешевих ділянок розміщення може привести до виникнення екологічних проблем.
Ресурси нетрадиційних джерел енергії України

Таблиця 1



Джерело

енергії



Теоретичний потенціал

Використання в

даний час

Технічний

потенціал

Рекомендований об'єм використання

МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


МВт

год в

рік


Геліоресурси

720∙109

81∙103

10∙103

0,13∙109

0,16∙109

(30-40)∙106

(3,6-4,8)∙109

Вітроенергетика

965∙109

0,8∙103

0,096∙103

0,36∙109

(40-70)∙109

(4,8-8,4)∙106

(4,8-8,4) ∙106

Геотермальна енергетика

5128∙109

0,4∙103

0,049∙103

14∙109

1,7∙109

2800∙106

230∙106

Біоенергетика

с/г відходів

12,5∙109

0,014∙103

0,002∙103

6,1∙106

0,73∙106

6,1∙106

0,73∙106

Гідроенергетика, в тому числі:

42,4∙109

10,2∙106

1,22∙106

21,5∙106

2,6∙106

21,5∙106

2,6∙106

велика

25,0∙109

9,7∙106

1,16∙106

15,1∙106

1,8∙106

15,1∙106

1,8∙106

мала

17,4∙109

0,5∙106

0,06∙106

6,4∙106

0,8∙106

6,4∙106

0,8∙106


Пасивні та активні сонячні нагрівачі, сонячні термоелектричні і фотоелектричні системи можуть зробити значний вклад в енергетичну структуру. При цьому виникають екологічні проблеми, обумовлені виробництвом фотоелементів, вилученням значних земельних ділянок для сонячних теплових електростанцій, які неможливо врахувати в техніко-економічних розрахунках.

Вартість електроенергії вітрових станцій за останні десятиріччя різко знизилась і в багатьох країнах досягає 0,04 екю/кВт·год, але існує стурбованість щодо зміни пейзажу вітровими станціями, впливу їх механічних коливань на зоосферу.

Будівництво потужних гідроелектростанцій і припливних станцій, використання геотермальних систем і монокультурної біомаси можуть привести до зміни екологічної рівноваги в окремих районах і регіонах, вплинути на перспективу громадської підтримки використання відновлювальних джерел енергії.

На основі вищеозначеного, а також проведених досліджень розроблено структуру енергозабезпечення Карпатського регіону, яка показує, що з врахуванням всіх географічних, соціально-економічних особливостей регіону найбільш реальним впровадженням НВДЕ повинні бути: вітрові установки, мікромінімальні дериваційні ГЕС, використання відходів і неділової деревини в якості палива, відновлення малодебітних нафтогазових свердловин та інші.

Актуальним у науковому і прикладному напрямках, особливо для гірських віддалених населених пунктів, є створення комбінованих енергетичних установок:

вітрогенератор - біогазова установка;

мікро-міні-мікро ГЕС - вітрогенератор;

вітрогенератор - дизельна електростанція;

біогазова установка – дизельна електростанція - вітрогенератор;

вітро - геліо-біогазові системи.

Крім того, з метою підвищення надійності енергозабезпечення, здешевлення вартості виникає необхідність розробки автоматизованих систем управління та контролю функціонування індивідуальних і комбінованих відновлювальних джерел енергії як в локальному, так і в паралельному з енергосистемою режимах роботи.

Електроенергетика України орієнтувалась на монопольну, великих одиничних потужностей централізовану енергетичну систему. Більше 90% електричної і теплової енергії виробляється атомними та великими тепловими і гідравлічними станціями. Концепція централізації потужностей призвела до їх нерівномірного розташування і зростання техногенного навантаження на довкілля в промислово розвинутих регіонах. Проблеми раціонального природокористування, своєчасної реконструкції електростанцій залишились невирішеними, малі ТЕС руйнувались або перетворювались на котельні, консервувались і зникали малі ГЕС. Внаслідок цього на даний час в Україні нетрадиційними відновлювальними джерелами виробляється біля 5% енергії.

Відсутність достовірного обліку власних потреб, необ'єктивні балансові та розрахунково-аналітичні методи оцінки економічної та екологічної ефективності призвели до штучного завищення ефективності централізації енерговиробництва, зменшення ефективності деконцентрованих малих когенерецій і впровадження нетрадиційних енерготехнологій.


    1. Вітроенергетика в Україні


Середньорічна швидкість вітру у приземному шарі на території України досить низька — 4,3 м/с. Якщо врахувати, що сучасні економічно доцільні вітроагрегати можуть використовувати енергію вітру до висоти 50м, то енергетичний потенціал вітрового потоку на території площею 603,7 тис км2, яку займає Україна складає 330 млрд. кВт і перевищує встановлену потужність електростанцій України у шість тисяч разів.

Але вітрова енергія надходить нерівномірно. Найбільша енергія вітру надходить у райони Криму. Суттєве збільшення швидкості вітру спостерігається у західних районах. Побудова вітроагрегатів у зазначених місцевостях дасть найбільший ефект.

Невеликі вітроагрегати потужністю до кількох кіловат
використовувалися в Україні до Другої світової війни тільки
виробництво вітроагрегатів потужністю до 5 кВт Херсонським заводом сільськогосподарських машин сягало 2 тисяч на рік. В Україні
працювало близько 6000 вітроагрегатів, які, за незначний час були зруйновані.


Міністерством палива та енергетики України запропоновано ввести в експлуатацію до 2010 року вітроагрегати з потужністю не більше 500 МВт. Якщо врахувати, що три год роботи вітроагрегату з номінальною потужністю становить 2000 годин на рік, то у 2010 р. на душу населення в Україні буде вироблено лише 19 кВт·тод електроенергії, що набагато менше того, що вироблялося у Данії ще у 1990 р. Таке відставання можна скоротити за рахунок використання ВЕС у приватних сільських господарствах та на підприємствах різних галузей. Стимулом до широкого використання вітроагрегатів є невпинне зростання цін на енергоносії що імпортуються.

Спільне українсько-американське підприємство «АТІКА-ВЕСТ» готове продавати вітроагрегати ВМ-37 потужністю 5-30 кВт. Спільне українсько-американське підприємство «ВІНДЕНЕРГО» випускає агрегати USW56-110 потужністю 107 кВт. КБ «ПІВДЕННЕ» (м. Дніпропетровськ) також долучилося до виробництва вітроагрегатів. Виготовлено та встановлено кілька десятків агрегатів потужністю 220 кВт, впроваджено у виробництво агрегат на 500 кВт. Таким чином в Україні є виробництво вітроагрегатів потужністю від 5 до 500 кВт.

На даний нас в Україні працюють Аджигольська, Акташська, Асканіївська, Донузлавська, Євпаторійська, Новоазовська, Сакська, Трускавецька та Чорноморська ВЕС загальною потужністю понад 8,6 МВт. Слід зазначити, що для нормального функціонування ринку вітроагрегатів кількість підприємств повинна бути набагато більша. У Данії існує понад 30 фірм, що виробляють вітроагрегати потужністю від 1,5 кВт до 400 кВт.

Враховуючи зазначене вище, слід прийняти таку програму розвитку вітроенергетики, яка б враховувала попит і відповідала можливостям технології. Велика кількість підприємств військово-промислового комплексу ще не реалізувала свої можливості у світовому господарстві.

В Україні існують технічні можливості довести потужність енергоносіїв у 2010 році до 2000 МВт.

При визначенні перспектив розвитку вітроенергетики було враховано два чинники. По-перше, подальша реструктуризація промисловості дозволить виготовляти вітроагрегати у значно більшій кількості, ніж це заплановано Програмою державної підтримки розвитку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії, яка покладається на вже існуючу структуру і кооперацію машинобудівних заводів з виробництва вітроагрегатів. По-друге зростання тарифів на електроенергію, яка виробляється у системі ОЕС України, підвищує конкурентоспроможність вітроагрегатів і поступово знижує собівартість електроенергії, яку вони виробляють.

Підсумовуючи, зазначимо головні технологічні і економічні переваги ВЕС над атомними і тепловими станціями.

1. Немає дефіцитних матеріалів для спорудження вітроелектричних агрегатів, у той час як для зведення атомних станцій самотужки Україна не має виробничої бази.

2. Вітроелектричним агрегатам не потрібне паливо, тоді як паливна складова на атомних станціях сягає 65%, а на теплових – вже 90-93%.

3. Малі одиничні потужності вітроелектричних агрегатів стають перевагою в умовах перехідної економіки: скорочуються обсяги кредиту і відповідні нарахування, проекти ВЕС стають доступними для малих підприємств.

4. Термін будівництва ВЕС не перевищує одного кварталу І (блоки АЕС будуються 8-10 років).

5. Ферми ВЕС та окремі вітроелектричні агрегати можуть бути розташовані у безпосередній близькості до споживача, що значно зменшує транспортні витрати та втрати електроенергії.

Стійка тенденція до збільшення собівартості електроенергії теплових і особливо атомних станцій, натомість стійке зменшення собівартості електроенергії вітроагрегатів переконливо доводять доцільність створення мережі державних і приватних ВЕС на півдні і заході України, зокрема у рекреаційних зонах Криму і Карпат.

      1. Характеристики та ресурси сонячної енергії


Існуючі в енергетиці традиційні способи видобутку електричної енергії супроводжуються великими втратами і ґрунтуються, головним чином, на використанні викопного органічного палива. Потенційно конкуренцію цим джерелам енергії, в першу чергу, складає сонячна енергія, ресурси якої не залежать від діяльності людини.

Сонце є дуже потужним джерелом енергії, його промені доставляють на Землю потужність 5-106Вт. На кожний квадратний метр поверхні у верхніх шарах земної атмосфери припадає приблизно 1,36 кВт променевої енергії. Інтенсивність сонячного світла на рівні моря в південних широтах може сягати 1 кВт/м2, а в нашій місцевості максимальна інтенсивність оцінюється в 0,7 кВт/м2.

Сонячна енергія належить до виключно "чистих" видів енергії, її використання не викликає забруднення нав­колишнього середовища і розладу теплового балансу нашої планети. Не дивлячись на такі переваги, використання сонячної енергії не набуло широкого поширення. Це зумовлено особливостями сонячної радіації і технічними труднощами з перетворенням. Сонячна радіація розсіяна, має низьку густину і мінлива в часі. Ефективність перетворення сонячної енергії в механічну і електричну обмежується принциповими положеннями фізики і термо­динаміки. Техніка використання сонячної енергії (геліо­техніка) не є якоюсь специфічною ізольованою областю, а базується на загальних фундаментальних законах природи та використовує досягнення багатьох сфер сучасної науки і техніки.

Значне зменшення частки сонячної енергії, яка сягає земної поверхні відбувається внаслідок зміни висоти розташування Сонця над горизонтом, зміни нахилу вісі обертання Землі, і визначається станом атмосфери та оптичними властивостями поверхні. Зокрема, особливості проходження сонячного випромінювання через атмосферу Землі можна проілюструвати наступним рисунком (рис.1)



Рис. 1. Проходження сонячних променів через атмосферу Землі, а - відбивання від поверхні Землі; б - відбивання хмарами; в - поглинання атмосферою; г - розсіювання атмосферою з до­сягненням земної поверхні; д - частка випро­мінювання, що доходить до поверхні Землі.



Рис. 2. Спектральний розподіл випроміню­вання Сонця у космосі (АМО) та на поверхні Землі при різних повітряних масах AM. AMO-1325 Вт/м2; AM1-925 Вт/м2; АМ4-530 Вт/м2.
При проходженні через атмосферу сонячне випромінювання зустрічає ще одну перешкоду - молекули водяної пари, вуглекислого газу та інших сполук, які поглинають кванти світла і зумовлюють провали в спектральному розподілі випромінювання Сонця (рис.1).

Таким чином, головною особливістю сонячної енергії є те, що вона сильно залежить від атмосферних умов і, в першу чергу, від хмарності. Порівняно з традиційними джерелами енергії сонячна енергія характеризується також низькою густиною. Песимістично налаштовані щодо широкомасштабного використання сонячної енергії експерти наводять два основні аргументи.

1. Оскільки питома потужність на одиницю площі сонячної
радіації мала, то широкомасштабне перетворення сонячної
енергії потребує дуже великих земельних площ.


2. Перетворення сонячної енергії дорого обходиться і потребує нереальних матеріальних і трудових затрат.

Але одночасно існують і контраргументи, які засвідчу­ють необхідність інтенсифікації розвитку широкомасштабної сонячної енергетики.

У наш час деякі способи перетворення сонячної енергії досягли високого технологічного рівня та ефективності і широко практикуються у багатьох країнах із різними кліматичними умовами.

Способи щодо утилізації сонячної енергії розпо­діляються на такі основні групи: пряме використання сонячної радіації і побічне, через її вторинні прояви у вигляді енергії вітру, теплової енергії океану, енергетичних запасів біомаси рослин.

Пряме використання сонячного випромінювання, в свою чергу, можна розділити на теплові, термоелектричні та фотоелектричні способи перетворення сонячної радіації.

Сонячні теплові системи бувають пасивними та активними. До пасивних належать такі системи, в яких не використовується спеціальне обладнання, а конструктивні елементи будівель служать приймачами та акумуляторами сонячної енергії. В основі роботи пасивних сонячних теплових пристроїв лежить принцип збирання сонячної енергії на зачорнених поверхнях, їх розігрів і наступна передача тепла внаслідок теплопровідності і вільної конвекції обігріваючому простору або теплоносію. Найпростішим прикладом такої системи є орієнтоване на південь вікно. Практично ця система не потребує складних інженерних рішень, а єдиною вимогою є та, щоб вікно було правильно орієнтоване і оптимізовані його розміри. Таку просту систему можна ускладнити, якщо доповнити її акумулюючою зачорненою стіною, яка розігрівається за рахунок поглинання сонячних променів, а потім передає тепло приміщенню. Існують також конструкції пасивних сонячних теплових систем з акумулюючим дахом. Такі дахи оснащуються резервуарами з водою, які виконують роль теплових акумуляторів. На протязі світлового дня вода в резервуарах нагрівається, а в нічні години збережене тепло віддається на обігрівання приміщення. Підрахованою, що пасивні сонячні системи дозволяють забезпечити від 30 % до 60 % тепла, необхідного для обігріву. Слід відзначити, що ефективність таких систем у значній мірі залежить від якості проектування, методів будівництва і теплофізичних властивостей будівельних матеріалів, а також від наявності та якості акумулюючих елементів.

Ще більшими можливостями та ефективністю володіють активні теплові сонячні системи. Головним елементом активних теплових сонячних систем є сонячні колектори, які служать для збирання сонячної радіації і нагрівання до певної температури різних теплоносіїв. Найбільшого поширення набули плоскі сонячні колектори, до складу яких входять трубчаті або плоскі теплообмінники. Принципова схема плоского сонячного колектора зображена на рис. 3.