Ресурси поновлюваної енергії

 

Первинний вид енергії	Джерело енергії	Світові ресурси, 1015 кВт×год/рік
Механічна	стік річок	0,028
хвилі	0,005-0,05
припливи і відпливи	0,09
вітер	0,5-5,2
Теплова (градієнт температур)	води морів та океанів	0,1-1,0
повітря	0,001-0.01
надра землі (вулканів)	0.05-0,2
Промениста (сонячне випромінювання)	на поверхні землі	200-280
повна енергія
Хімічна	Рослини й торф

 

На земну поверхню протягом року поступає сонячне випромінювання, еквівалентне 178 тис. ГВт×год (що приблизно в 15 тис. разів більше енергії, споживаної людством). Однак 30% цієї енергії відбивається зворотно в космічний простір, 50 % - поглинається, 20 % - йде на підтримку геологічного циклу, 0,06 % - витрачається на фотосинтез. З всієї енергії, що отримується людством 18 % припадає на джерела, що відновлюються (включаючи електроенергію).Найбільш доступним ресурсом, що відновляється, є енергія вітру, яка, як правило, використовується для виробництва електроенергії. У США застосовуються вітроенергетичні системи потужністю до 80 МВт, причому їх внесок в загальну електрозабезпечення країни становить майже 2 %. Національні програми освоєння енергії вітру розгорнені в Канаді, Німеччині, Франції, Швеції, Україні і інших країнах. Основною перешкодою в розвитку вітроенергетики є низький ККД (0,25-0,7) і велика металоємність (до 500 кг/кВт) вітроустановок, що поки не дозволяє таким установкам конкурувати з традиційними джерелами.

Геотермальні силові електростанції використовуються в США, на Філіппінах, в Мексиці, Італії, Японії, Росії.

Океани містять потенційну енергію у вигляді тепла, енергії течій, хвиль і припливів. Технічний енергетичний потенціал припливів оцінюється в 780 млн. кВт. Зараз в Канаді експлуатується приливна станція потужністю 20 МВт (Аннаполіс), а в Росії є невелика станція в районі Мурманська потужністю 400 кВт і розробляються станції для Далекосхідного району потужністю 87 млн. кВт.

Оцінки, що застосовуються у взаємовідносинах між суспільством і підприємствами, що використовують природні ресурси або забруднюють довкілля, можна розділити на три групи:

·оцінки суспільної корисності природних ресурсів;

·вартісні оцінки, що нормативно визначаються (ціни, податки);

·ринкові ціни (ліцензії).

Ці види оцінок можуть бути визначені за кожним з елементів довкілля, але їх значення не обов'язково буде однаковим.

Вартісна оцінка корисності природного ресурсу базується на його уявленні як елемента національного багатства, що залучається до виробничого процесу. Її кількісне визначення базується на двох показниках: витрати на підготовку і використання і прибуток споживача від використання ресурсу. Перший показник (Ц₁) передбачає, що чим ближче до поверхні землі сировина, тим менше витрати на її витягання і тим менше її оцінка. Другий показник (Ц₂) орієнтований на споживчу цінність ресурсу і, отже, дозволяє врахувати якість ресурсу, світові ціни, напрямки використання, дефіцитність. Реальна вартісна оцінка ресурсу (Ц) виявляється, таким чином, в інтервалі Ц₁ < Ц < Ц₂.

На практиці вибір значення Ц вимагає подолання істотних методичних труднощів. Наприклад, для технологічного або виробничого процесу, де природний ресурс - елемент з великого комплексу матеріалів і енергії, визначення прибутку на одиницю одного з багатьох ресурсів буде носити відбиток суб'єктивізму. Вартісна оцінка витрат, пов'язаних з використанням ресурсу, методично ускладнюється при загостренні його дефіцитності, коли кожна одиниця використання ресурсу в одному виробництві пов'язана з її відверненням в іншому, де витрати через це підвищуються.

Найбільш важлива оцінка природного ресурсу, якщо він купується підприємством (власником), або приймається на баланс як частина капіталу.

 

Оцінка землі. Якщо при використанні землі щорічний прибуток дорівнює R, то при коефіцієнті ефективності одноразових вкладень Е, ціна ділянки землі складе Ц=R/Е. Така оцінка враховує вид землекористування, характер грунту, забезпеченість водою, транспортом і енергією.

Оцінка лісу. Лісові ресурси оцінюються як витрати на ведення і відтворювання лісового господарства. Сума цих витрат з розрахунку на 1 м³ деревини називається лісовою таксою. Її нормативне значення встановлюється за групами лісів і видами деревини.

Оцінка деревини відрізняється від оцінки лісу, оскільки містить додаткові витрати на заготовку і підготовку до використання. Якщо лісовий масив відчужується під промислову забудову, то його оцінка включає зниження прибутку ліспромгоспу, витрати на вирощування лісу на іншій території, тобто весь комплекс витрат суспільства на відновлення первинної ситуації по забезпеченню лісоматеріалами.

Оцінка води залежить від її дефіцитності. При достатку води (океан, море, велика річка) вона безкоштовна, оскільки вода, що забирається, компенсується природним поповненням. В умовах нестачі води її оцінка базується на принципах рентних платежів. Чим більше прибутку отримує господарство від використання води, тим більше диференціальна рента і тим вище оцінка води. Очевидно, що в цьому випадку повинні враховуватися витрати на доставку, підготовку і очищення води, напрями її використання.

Оцінка атмосфери. Атмосферне повітря поки безкоштовне внаслідок відсутності реального дефіциту.

Оцінка корисних копалин. Найпростіший спосіб оцінки родовища - це обрахування суми витрат на видобуток всієї маси корисних копалин. Однак цей підхід не враховує співставність з іншими родовищами, де відповідні витрати можуть бути нижче або вище. Оцінка родовища через диференціальну ренту допускає розрахунок можливого прибутку при переробці корисних копалин в напівфабрикат або готовий продукт. Третій підхід при оцінці родовища передбачає розрахунок диференціальної ренти від використання ресурсів родовища, що оцінюється в порівнянні з аналогічною сировиною по стандарту.

Число значних природних катаклізмів тільки в Україні з 1997 по 1999 р.р., пов'язаних зі зміною клімату, склало близько 20% /30/. При цьому підвищення середньої температури за останні 120 років не перевищило за оцінками /30/ 1... 1,2 °C. Наявні прогнози /7/ передбачають подальше потепління в ХХI столітті на 3-5 ° C.

Основною причиною цього явища на думку більшості експертів є парниковий ефект, спричинений підвищенням концентрації парникових газів (СО2, СН4, N2O та інших) в атмосфері Землі.

Джерелом зростання концентрації є як природні явища (лісові пожежі, емісія углекислого газу з поверхні світового океану і т.п.), так і безпосередньо господарська діяльність людей (зростання кількості викопного палива, використання фторорганічних сполук, інтенсивне скорочення лісових масивів).

Хоча до цього часу не отримано чіткої кореляції про те, що саме антропогенні фактори визначають величину парникового ефекту, але боротьба зі зниженням емісії парникових газів перейшла зі стадії обговорення в практичну площину.

В цей час глобальна зміна клімату має статус світової проблеми, вирішення якої можливо тільки разом зі світовим співтовариством. В результаті в 1992 р. прийнято Рамочну Конвенцію ООН по зміні клімату, а в 1997 р. в рамках Конвенції був підписаний Кіотський Протокол, згідно якого країни, що увійшли до Додатку 1 Конвенції (у тому числі й Україна), в період з 2008 до 2012 рр.. повинні зменшити сукупні викиди парникових газів щонайменше на 5% по відношенню до рівня 1990 року.

Хоча Протокол не вступив в силу в даний час, так як з 73 країн підписали конвенцію лише кілька європейських держав, тим не менш, у країнах ЄС, США, Канаді та інших реалізуються національні програми і проводиться державна політика щодо зниження викидів парникових газів.

Аналіз антропогенних джерел парникових газів показує, що та частка, яка пов'язана зі спалюванням викопного палива для отримання енергії складає значну величину і визначає загальний рівень емісії парникових газів.

Таким чином, основним напрямком боротьби з викидами є енергозбереження та заміна викопного палива на нетрадиційні та поновлювані джерела енергії, в тому числі і біомасу.

При спалюванні біомаси виділяється відповідна кількість парникових газів, однак при зростанні біомаси аналогічна кількість СО2 поглинається. У зв'язку з цим біомаса вважається СО2-нейтральним паливом.

Як показує досвід західних країн, використання нетрадиційних джерел енергії пов'язано із збільшенням витрат. Наприклад, для умов Каліфорніі (США), вартість електроенергії при використанні біомаси складає 6,6 ¢ / кВт • год, а при використанні природного газу - 2,5-3,5 ¢ / кВт • год. В той же час спостерігається розвиток використання біомаси як палива для виробництва електроенергії в Європі та США.

Це протиріччя пояснюється державною підтримкою біоенергетики в західних країнах, яка забезпечує конкурентоспроможність біомаси в порівнянні з традиційними видами викопного палива. Таким чином, зниження викидів парникових газів є витратною природоохоронною технологією та її економічна оцінка - вартість зниження цих викидів - одним з пріоритетних критеріїв при інвестуванні.

З іншого боку, інтерес представляє економічна оцінка реалізації «ринкових механізмів», передбачених Кіотським Протоколом: торгівля викидами, передача і придбання величини скорочення викидів, отриманих в результаті конкретних проектів. Наприклад, при реалізації проекту технічної допомоги Королівства Нідерланди, який передбачав установку деревоспалюючого парового котла фірми KARA на підприємстві ОДЕК (Україна), щорічна утилізація деревних відходів склала близько 11100 т (по сухій масі).

При цьому вартість квот на викиди парникових газів за оцінками голландської сторони становила б 5-10 ЕUR/т СО2.

Якщо методика оцінки витрат на впровадження нової технології є відомою і досить апробованою, то визначення економічного ефекту від зниження емісії парнікових газів при заміні викопного палива є досить неоднозначним. Пряме вимірювання викидів парникових газів є практично неможливим, тому методичні питання обчислення емісії парникових газів при виробництві енергії визначають похибки економічних оцінок.

Відомі методики визначення емісії парникових газів використовують системний підхід і при цьому, як правило, враховується емісія, пов'язана з видобутком, транспортуванням і переробкою палива, виготовленням обладнання. Останній фактор розраховується, виходячи з тривалості життєвого циклу енергоустановки.

При цьому розрахунок у кожному випадку вимагає завдання конкретних даних про всі технологічні процеси, що використуються як безпосередньо в енергетиці, так і при виробництві устаткування. Це призводить до значних фінансових витрат і може бути виправдано тільки в процесі проектування конкретного енергетичного об'єкту.

У той же час, загальна оцінка рівня емісії парникових газів може бути проведена на основі усереднених даних, що, з одного боку дозволяє отримати надійні значення викидів, а з іншого - визначити найбільш ефективні варіанти зниження емісії та оцінити вплив різних факторів на її величину.

При цьому модель процесів вимагає мінімальних вихідних даних, практично повністю наведених у технічних виданнях та офіційних звітах.
Методика визначення викидів парникових газів передбачає використання поняття наведеної емісії - величини викидів парникових газів, віднесених до одиниці теплоти згорання палива. Системний підхід при визначенні наведеної емісії включає підсумовування викидів парникових газів по всій технологічній лінії використання палива, починаючи з видобування і, завершуючи його спаленням, а структура розрахункової залежності має вигляд:

, (1.2)
де - емісія парникових газів при видобутку палива,

- його транспортуванні,

-переробці,

-спалюванні палива.

Графічно схему розрахунку емісії газів для вугілля можна представити наступним чином:

 

 

Рис. 1.3 Утворення парникових газів

 

Видобуток вугілля в Україні виробляється в основному підземним способом. У зв'язку з цим при розробці алгоритму використовують дані про витрати електричної та теплової енергії, характерних для цього способу видобутку.

Основні джерела викидів парникових газів при видобутку вугілля пов'язані зі споживанням електричної та теплової енергії та викидами шахтного метану при дегазації пластів.

Відповідно, визначення наведеної емісії парникових газів при видобутку вугілля поводиться по залежності

(1.3)

де - питома емісія парникових газів при виробництві теплової енергії, кгСО2-екв / Гкал;

- питома емісія парникових газів при виробництві електричної енергії, кгСО2-екв/кВт ч;

- коефіцієнти перекладу метану до СО2 - еквівалента, що дорівнює 21;

= 34,9 гСН4/кг у.т-питома емісія шахтного метану;
= 0,01 гСО2 / кг у.т.-питома емісія вуглекислого газу від спалювання залишків шахтного метану;

- питома витрата теплової та електроенергії, при видобутку вугілля, що дорівнює = 25... 799,0 ккал / кг у.т = 0,04... 0,6469 кВт / кг у.т.

Величини питомих емісії парникових газів при виробництві теплової та електричної енергії визначалися з урахуванням сформованої структури виробництва цих видів енергії і видів палива, що використовується в Україні, а також втрат енергії при транспортуванні стосовно до умов України.

Аналогічний підхід було використано при розрахунках наведеної емісії парникових газів для жидкого та газового палива. Результати розрахунків наедено в таблиці.

 

Таблиця 1.19

Граничні значення емісії парникових газів при використанні палива.

 

Вид палива	одиниці виміру
вугілля	гСО2-экв/кг.у.п			-
%	31,7	0,9	-	67,4
мазут	гСО2-экв/кг.у.п	-	70*	195,1
%	-	3,9	10,9	85,2
природний газ	гСО2-экв/кг.у.п	-		-
%	-	5,4	-	94,6

 

Частка емісії, пов'язана з видобутком, транспортуванням і переробкою палива, становить для вугілля - 32,6%, мазуту - 14,8%, природного газу - 5,4% і не може не враховуватися при оцінці ефективності заходів щодо знижено-ження викидів парникових газів.

Структура емісії парникових газів при видобутку різних видів палива в СО2-еквіваленті виглядає наступним чином:

Вугілля - 61% СО2

39% СН4

Мазут - 95,8% СО2

4,2% NО2

Природний газ – 86,1% СО2

9,6% СН4

4,3% NО2

 

При цьому похибки обчислення емісії метану та діоксиду азоту при спалюванні палива незначно впливають на загальну точність обчислень. Так, помилка при обчисленні діоксиду азоту в 50% призведе до похибки вичіс-леній сумарної емісії для вугілля - 0,3%, для мазуту - 1,8%, для природного газу - 2,2%.

Аналогічна ситуація складається при розрахунку викидів у процесі транспортування палива. Так, при використанні вугілля безпосередньо в міс-ті видобутку і при транспортуванні його по електрифікований залізній дорозі на відстань 1000 км, різниця в сумарній наведеній емісії складає менше 1%.

Таким чином, похибки розрахунків не впливають суттєво на отриманий результат.

Використовуючи значення наведеної емісії та структуру споживання палива на теплових електростанціях України, визначені питомі показники емісії парникових газів, які становлять: для електроенергії -726 г СО₂-экв/ кВт^.ч та теплової енергії - 334 г СО₂-экв/ Гкал.