Такие потрясения, как энергетический кризис 1973 г. и Чернобыльская катастрофа 1986 г., заставили большинство стран пересмотреть свою энергетическую политику в отношении темпов и перспектив использования возобновляемых источников энергии (ВИЗ).
Стало ясно, что недостаточно развить экологически чистую энергетику только в своей стране, когда соседние страны продолжают строительство и эксплуатацию атомных объектов, подобных по надежности четвертому блоку Чернобыльской АЭС. Необходимо объединение усилий ученых разных стран в области развития нетрадиционной энергетики.
Отрицательные тенденции развития традиционной энергетики обусловлены в основном наличием двух факторов- быстрым истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Поданным ООН, истощение залежей угля предполагается в 2082—2500 г. г.
Перспективные технологии традиционной энергетики повышают эффективность использования энергоносителей, но не улучшают экологическую ситуацию: тепловое, химическое и радиоактивное загрязнение окружающей среды может привести к катастрофическим последствиям
В связи с этим возникает необходимость выявления возможностей рационального использования ресурсов традиционной энергетики с одной стороны и развитие научно-технических работ по использованию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии — с другой.
Все энергетические ресурсы на Земле являются в конечном счете продуктами деятельности Солнца. Практически вся нетрадиционная энергетика — это превращение и использование энергии Солнца прямыми и непрямыми методами.
Прямые методы использования солнечной энергии основаны на превращении солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию.
Непрямые методы основаны на использовании кинетической и потенциальной энергии, которые возникают вследствии взаимодействия солнечного излучения с геосферой. Наибольшим энергетическим потенциалом характеризуются энергия ветра, энергия рек, морских приливов и волн, энергия биомассы
В ряде зарубежных стран приняты национальные программы по освоению энергии нетрадиционных источников, работы проводятся по инициативе государственных учреждений, частных фирм, обеспечивается выдача кредитов под низкие проценты.
Производство энергии с использованием возобновляемых источников в 1992 году в странах Европейского Союза представлено в таблице 1.
Отрицательные факторы развития традиционной энергетики в Украине проявляются особенно остро и усугубляются дисбалансом в развитии энергетического комплекса, поэтому использование возобновляемых источников энергии приобретает особую значимость.
Необходимость и возможность развития данного направления энергетики обусловлены следующими причинами:
* дефицитом традиционных для Украины топливно-энергетических ресурсов;
* дисбалансом в развитии энергетического комплекса Украины, который ориентирован на значительное (до 25 — 30%) производство электроэнергии на атомных электростанциях при фактическом отсутствии производств по получению ядерного топлива, утилизации и переработке отходов, а также прризводств по модернизации оборудования действующих АЭС (ядерных реакторов, котельного оборудования и т.д.);
* благоприятными климато-метеорологическими условиями для использования основных видов возобновляемых источников энергии;
* наличием промышленной базы, пригодной для производства практически всех видов оборудования для нетрадиционной энергетики.
Таблица 2.1 - Производство энергии с использованием ВИЭ в 1992г. в странах ЕЭС
Ресурсы возобновляемых источников энергии в Украине значительны, эффективное их использование может составить весьма ощутимую долю в энергетическом хозяйстве.
Так – при использовании целесообразных объёмов энергии возобновляемых источников и возможности замены ими нефтепродуктов, - процентное отношение этой энергии к общему количеству потребляемых за год в стране нефтепродуктов (300 млн. тон. у.т./год)составляет для биогаза 0,2%.
Расположение и рабочие характеристики действующих энергетических установок приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Базовые установки в Украине
Эффективным возобновляемым источником энергии является биомасса.
Ресурсы биомассы в различных видах есть почти во всех регионах, и почти в каждом из них может быть налажена её переработка в энергию и топливо.
На современном уровне за счёт биомассы можно перекрыть 6-10% от общего количества энергетических потребностей промышленно развитых стран.
Ежегодно на Земле при помощи фотосинтеза образуется около 120 млрд. тонн сухого органического вещества, что энергетически эквивалентно более 400 млрд. тонн нефти. Использование биомассы проводится в следующих направлениях: прямое сжигание, газификация, производство этилового спирта для получения моторного топлива, производство биогаза из сельскохозяйственных и бытовых отходов. Биомасса, главным образом в форме древесного топлива, является основным источником энергии приблизительно для 2 млрд. человек. Для большинства жителей сельских районов «третьего мира» она представляет собой единственно доступный источник энергии. Биомасса, как источник энергии, играет важнейшую роль и в развитых странах. В целом биомасса дает седьмую часть мирового объема топлива, а по количеству полученной энергии занимает наряду с природным газом третье место. Из биомассы получают в 4 раза больше энергии, чем дает ядерная энергетика.
В странах Европейского Союза доля энергии биомассы в 1992 году составила около 55% от общего производства энергии возобновляемых источников. Наиболее эффективно энергия биомассы используется в Португалии, Франции, Германии, Дании, Италии и Испании.
В Т986 г. комиссия ЕС приняла решение финансировать 153 проекта по использованию биомассы и отходов. Объем финансирования составил 70,6 млн. экю.
Директорат ЕС начал новую 4-х летнюю программу исследований в области неядерних источников энергии. На исследования по использованию биомассы ассигновано на 2 года 12 млн. дол. США. Ресурсы биомассы в Европе в 2000-м году составили: древесного топлива — 75, древесных отходов — 70, сельскохозяйственных отходов — 250, городского мусора — 75 млн. т.
Кроме того, биомасса, выращиваемая на энергетических плантациях, даст 250 млн. т/год.
В связи с необходимостью резкого уменьшения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду было обращено внимание на использование в этой сфере биомассы. Здесь наметился ряд направлений по замене экологически опасного бензина на экологически чистое топливо.
В Бразилии разработана программа использования этанола как альтернативного топлива, заменяющего до 22% (по объему)бензина.
Этанол получают в результате переработки специально выращиваемого тростника. Больше 7% предлагаемого бензина содержит 10% добавки этанола и 80% автопарков этой страны используют эту добавку. В США также реализуется большая программа замены бензинового топлива этанолом, который получают путем переработки излишков кукурузы и других зерновых культур.
Использование спирта в качестве топлива получило поддержку и в некоторых европейских странах, в частности, во Франции и Швеции. В Украине проблема замены бензина спиртом пока не рассматривалась. Изучается возможность выращивания рапса в районах, зараженных радиоактивными элементами с целью получения рапсового масла, использования его в качестве топлива в дизельных двигателях. Эта идея в данное время разрабатывается специалистами Украины и Германии.
В нетрадиционной энергетике особое место занимает переработка биомассы (органических сельскохозяйственных и бытовых отходов) метановым брожением с получением биогаза, содержащего около 70% метана, и обеззараженных органических удобрений. Чрезвычайно важна утилизация биомассы в сельском хозяйстве, где на различные технологические нужды расходуется большое количество топлива и непрерывно растет потребность в высококачественных удобрениях. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около 60-ти разновидностей биогазовых технологий.
Полный потенциал для биомассы был оценен в 86 300 GWH ежегодно. Украина в настоящее время получает менее половины процента своей энергии от ресурсов биомассы и биотоплива однако, считается, что Украина могла производить в десятки раз больше нынешнего уровня.
