Альтернативные источники энергии. Актуально и выгодно

Аннотация

О.Е. Новикова, О.И. Левицкая. Альтернативные источники энергии. Актуально и выгодно. Рассматриваются возможные варианты использования возобновляемых источников энергии, в частности ветровая энергия и энергия солнца.

Ключевые слова

Природные запасы, загрязнение атмосферы, ветроэнергетика, ветровые электростанции, фотовольтаика, солнечная энергетика.

Постановка проблемы

Бурно развивающаяся экономика на рубеже XX–XXI столетий требует все больших энергетических затрат. Наука предупреждает, что при современных объемах энергопотребления разведанных запасов органического топлива на Земле хватит примерно на 120 лет, в том числе нефти – на 15, газа – на 25 и угля – на 400 лет. Таким образом, ограниченность природных запасов углеводородного сырья составляют сегодня главный стержень глобальной энергетической проблемы. Кроме того, в процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного сгорания (диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы азота, углеводороды и др.). [1]

При постройке и использовании ГЭС затапливается большое пространство, разрушается флора и фауна, отчуждаются плодородные земли. АЭС представляют опасность в виде радиоактивных отходов.

Всё вышеперечисленное подталкивает на поиск возобновляемых и более экологически безопасных источников энергии.

Анализ исследований и публикаций

Согласно скорректированной Энергетической стратегии Украины на период до 2030 г. в 2030 г. не менее 30% от всей производимой в нашей стране электроэнергии будет вырабатываться из возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как солнце, ветер, воды рек и др.

Ускоренный прирост генерирующих мощностей на основе ВИЭ, который был обеспечен, в первую очередь, за счет ввода в эксплуатацию новых солнечных и ветровых мощностей, характерен в настоящее время также и для стран Евросоюза, где в 2009 г. было введено в эксплуатацию 27,5 ГВт новых генерирующих мощностей. Их структура показана на рис. 1.

Цифры отображают новые введенные генерирующие мощности (в гигаваттах): на ВЭС – 5,8 ГВт (21%); на солнечных ФЭС – 10,2 ГВт (37,1%); на БиоЭС – 0,58 ГВт (2,1%); на ГЭС – 0,39 ГВт (1,4%); на СЭС на основе солнечных концентраторов – 0,12 ГВт (0,4%); на ТЭС и АЭС – 10,4 ГВт (37,8%). [2]

Из этих данных следует, что в 2009 г. ввод в эксплуатацию новых генерирующих мощностей в странах ЕС в основном (на 62%) был обеспечен за счет ВИЭ. Так было и в 2008 г., когда за счет ВИЭ было введено 57% новых генерирующих мощностей, и в 2011 г., когда было введено 32 ГВт новых мощностей, около 67% из которых составляли мощности ВЭС и СЭС. [2]

Рост в мире генерирующих ветровых мощностей за период с 1996 г. по 2012 г. наглядно иллюстрирует график, приведенный на рис.2. Этот график показывает, что установленная мощность мировой ветроэнергетики в 2012 г. увеличилась почти на 19% по сравнению с 2011 г. и достигла 282,5 ГВт. [2]

Несомненным преимуществом ветроэнергетики является то, что применяемые для выработки электроэнергии ветрогенераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива, что позволяет за 20 лет эксплуатации одного из таких генераторов мощностью 1 МВт не только сэкономить около 580 тыс. т угля, но и предотвратить выброс в атмосферу 36 тыс. т углекислого газа CO₂, 180 т сернистого ангидрида SO₂, 80 т оксидов азота NO₂ и других экологически вредных соединений. По данным Всемирного совета по энергии ветра (Global Wind Energy Council – GWEC), мировая ветроэнергетика позволит к 2050 г. сократить ежегодные выбросы углекислого газа на 1,5 млрд. т. [2]

В настоящее время на Украине наблюдается бурное развитие ветроэнергетической отрасли, но ничего хорошего в этом нет. ВЭС – это экологически очень опасный объект. Вызвано это тем, что современные ветроустановки, в своей массе, представляют собой недоработанные лабораторные образцы, которые в погоне за сверхприбылью пустили в серийное производство. [2]

Исходя из вышесказанного, стоит обратить большее внимание на развитие других источников ВИЭ, в частности, на использование энергии солнца.

Солнечная энергетика является одним из крупнейших сегментов альтернативной энергетики и отрасли использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Сегодня принято различать три основных технологии солнечной энергетики: энергия солнца может использоваться для генерации электроэнергии (фотовольтаика, photovoltaics, PV), для получения концентрированной тепловой энергии с целью последующей электрогенерации (concentrated solar power, CSP) или для непосредственного нагрева теплоносителя, наиболее часто водного (solar thermal).

Простейшим примером использования энергии солнца является нагрев воды для бытовых нужд в специальных солнечных коллекторах. Этот метод широко используется в южных странах, таких как Израиль, Турция, Греция, Китай, где энергия солнца очень выгодна.

Применение солнечной энергии в фотовольтаике на сегодняшний день получило наибольшее распространение. Технический потенциал развития фотовольтаики связан с повышением КПД. В фотовольтаике энергия солнечного излучения преобразуется в электричество в солнечных батареях, основу которых составляют фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Наиболее перспективными и наиболее дешевыми считаются ФЭП третьего поколения на основе органических материалов. [3]

Органическая и печатная электроника применяется во многих перспективных областях, в том числе, и в фотовольтаических устройствах, таких как фотодетекторы и органические солнечные батареи (рис. 3), для производства которой не нужны чистые комнаты и чрезмерно дорогое оборудование.[4]

Украина демонстрирует впечатляющие темпы роста. По сравнению с 2011 годом удалось практически удвоить мощности солнечных электростанций и довести показатель до 373 МВт. Это больше, например, чем в Испании. Во многих европейских странах и вовсе нет или практически нет солнечной энергетики. [5]

Вывод

Актуальность развития добычи электроэнергии из возобновляемых источников энергии весьма высока на сегодняшний день.

Наиболее перспективным примером является солнечная энергетика, способная в будущем стать одним из главных источников электроэнергии. Для развития этой области в Украине необходимо обратить большее внимание на разработку и производство преобразователей солнечной энергии для использования в быту, учебных учреждениях и небольших предприятиях. Сейчас это одно из перспективных направлений развития промышленности.

Литература

1. Электронный ресурс. http://www.globaltrouble.ru/....
   
2. Электрик. – № 7 – 8 2013. – С 26.
   
3. Электронный ресурс.http://www.cleandex.ru/....
   
4. Мир Автоматизации. – №3 Сентябрь 2012. – С. 63-64.
   
5. Электронный ресурс.http://forbes.ua/....