Основи екології - Олійник Я. Б. - 6.2. Шляхи подолання енергетичної кризи
Сталий розвиток суспільства можливий лише за умови подолання глобальної енергетичної кризи. На сьогодні є принаймні два головні шляхи. Перший - це енергозбереження, а другий - упровадження і використання нетрадиційних (альтернативних) та відновних джерел енергії (ВДЕ).
Енергозбереження - це розробка систем, які більш ефективно використовують енергію, тобто забезпечують такий самий або навіть вищий рівень опалення, освітлення, транспортних послуг тощо при менших енергозатратах. Зазвичай 60-80 % споживаної енергії не перетворюється на корисну працю, а губиться у вигляді тепла. Енергозбереження передбачає значне зниження цих втрат. Можливості енергозбереження вже широко використовуються у всьому світі. Це, наприклад, скорочення витрат автомобільного пального, упровадження нових технологій у виробничий процес та ін. Широко застосовується такий напрямок енергозбереження, як поліпшення термоізоляції приміщень, що знижує енерговитрати на опалення та охолодження.
Так само в усьому світі відбувається усвідомлена заміна традиційних електричних ламп флуоресцентними. У перших коефіцієнт корисної дії становить всього 5 %, а 95 % енергії губиться у вигляді тепла, а у флуоресцентних електричних лампах ККД дорівнює майже 95 %.
І нарешті, дуже перспективний напрям енергозбереження - когенерація. Електрику зазвичай виробляють на електростанціях, де 60-70 % енергії палива втрачається у вигляді тепла. На опалення витрачається додаткове паливо, Когенерація - це розміщення електрогенератора разом з його джерелом енергії безпосередньо у кожній будівлі. Якщо при цьому використовувати тепло, яке виділяється при отриманні електрики, для опалення та гарячого водопостачання, можна заощаджувати до 30 % і більше палива. Отже, когенерація - це комбіноване виробництво теплоти та електроенергії, що має високу ефективність.
Ефективність когенерації добре відома з практики експлуатації традиційних ТЕЦ, які є одним з технічних застосувань технології когенерації. З успішним розвитком газотурбінних і газо-поршневих двигунів як приводів електрогенераторів з'явилася можливість упровадження інших технічних рішень у когенераційних технологіях з коефіцієнтом використання палива БОРО %. Усі інформаційні джерела вказують на суттєві технічні, економічні, екологічні і соціальні переваги когенерації порівняно з роздільним виробництвом теплової та електричної енергії. Крім того, в умовах ринку децентралізація генеруючих станцій збільшує енергетичну безпеку та незалежність регіонів і окремих підприємств, а також посилює конкуренцію в електроенергетиці.
Згідно з Кіотським протоколом 1997 р. уряди промислово розвинутих країн взяли на себе зобов'язання зі скорочення викидів парникових та інших шкідливих газів у довкілля. Найліпшим засобом досягнення цієї мети є когенерація, тому у багатьох країнах розвиток і впровадження когенераційних технологій при генеруванні електроенергії регулюються на державному рівні. Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії дає змогу суттєво, до 20-30 %, зменшити витрати палива порівнянно з їх роздільним виробництвом. Якщо за допомогою когенераційних потужностей компенсувати відпрацьовані потужності теплових електростанцій, то на кожній тисячі мегават можна економити понад 1,5 млн т умовного палива (у. п.) на рік. Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії дозволяє зменшити викиди парникових газів до 500 кг на кожну МВт/год виробленої електроенергії. На ту ж 1000 МВт когенераційних потужностей це дає зменшення викидів біля 5 млн т на рік.
Нині найефективнішою технологією виробництва електричної і теплової енергії з органічного палива є когенерація і тригенерація. Когенераційні установки на базі газопоршневих двигунів мають найвищу ефективність перетворення енергії палива у електрику. Наприклад, для сучасних установок виробництва General Electric Jenbacher (світовий лідер у виробництві газопоршневих двигунів і електростанцій), електричний ККД становить 43 %, а з урахуванням утилізації тепла коефіцієнт використання палива досягає 90 %. Це дає змогу звести до мінімуму паливну складову v собівартості виробленої електроенергії і, відповідно, кінцевої продукції.
Пристрій когенераційної установки виконується, як правило, на базі газової кабіни, газодизельного або газопоршневого двигуна і складається із силового агрегату, мікротурбіни або відповідного двигуна, генератора, теплообмінника і системи управління (рис. 6.1). У газотурбінних установках основна кількість тепла відбирається із системи вихлопу. У газопоршневих і газо-дизельних установках відбір теплової енергії відбувається від масляного радіатора, а також від системи охолодження двигуна. Надмірне тепло може також направлятися в холодильні машини для виробництва холоду, з подальшою реалізацією в системах кондиціонування. Подібна технологія називається тригенерацією.
Рис. 6.1. Схема роботи когенераційної установки
Наприклад, на молокопереробних підприємствах використовують когенераційні технології і технології тригенерації для власного комбінованого виробництва дешевої електроенергії і теплової енергії при спалюванні природного газу з максимальною ефективністю у когенераційних газопоршневих установках, а також перетворюють теплову енергію у холодоносій для використання у технологічних виробничих процесах молокозаводу.
Для електро і теплопостачання житлових, адміністративних та виробничих будівель застосовують сучасні модульні, повністю автоматизовані когенераційні установки в контейнерному виконанні (рис 6.2). Контейнер містить все необхідне обладнання, завдяки чому він повністю готовий до експлуатації, значно скорочується час на монтаж і підключення до зовнішніх систем. Контейнер використовують як окремо розташовану, прибудовану чи дахову будівлю.
Рис. 6.2. Контейнерне виконання модульної когенераційної установки
Отже, конкретними і незаперечними перевагами власної когенераційної електростанції е такі:
- більш ефективне використання дорогого палива (загальний коефіцієнт використання палива в установках досягає 90 %);
- можливість одержання дешевої електроенергії для споживачів підприємства;
- одержання необхідної кількості дешевого теплоносія для технології тригенерації;
- зниження рівнів викидів шкідливих речовин і парникових газів;
- упровадження передової високоефективної технології тригенерації у технологічний цикл підприємств.
Різні країни світу по-різному упроваджують технології енергозбереження залежно від своїх економічних, екологічних, соціальних та інших можливостей, але всі усвідомлюють, що без цього подальший розвиток уже не можливий.
Сучасний розвиток світової економіки невід'ємно пов'язаний зі зростанням темпів виробництва енергії. Це зумовлюється багатьма факторами, зокрема, загальним збільшенням світового товаровиробництва, розвитком транспорту і телекомунікацій, розробкою віддалених родовищ корисних копалин, утилізацією відходів, зростанням споживання енергії у побуті (опалення, освітлення, живлення побутової техніки), технічним переозброєнням армій тощо. Тому темпи зростання виробництва енергії нині перевищують темпи зростання населення Землі. Зараз перед енергетикою стоїть багато проблем, і найбільш гостра - проблема її джерел. На сьогодні 6 млрд населення Землі споживають більше 12 млрд кВт енергії за рік, тобто у середньому 2 кВт на людину. Ця енергія отримується за рахунок таких енергоресурсів: вугілля - 26 %, нафти - 42 %, газу - 20 %, гідроенергії - 4 %, ядерної - 5 %, інших джерел - 3 %. Тобто майже 90 % енергії людство отримує за рахунок органічних видів палива - нафти, вугілля, газу. Ці джерела енергії ще називають невідновними, оскільки швидкість їх нагромадження у надрах Землі набагато менша від швидкості їх використання - приблизно у 106 разів.
Отже, людству необхідно все більше й більше енергії, отримати яку за рахунок невідновних джерел у недалекому майбутньому буде важко чи взагалі неможливо. Справді, за різними оцінками, розвіданого органічного палива вистачить на 30-50 років. Якщо врахувати так звані геологічні запаси, які будуть своєчасно розвідані, а експлуатація їх не затримуватиметься, то, з урахуванням зростання рівня витрат енергії, органічного палива може вистачити ще років на 100-150. Причому тільки вугілля ще тривалий час може зберігати своє місце в енергетичному балансі, проте його використання супроводжується високим рівнем забруднення атмосфери. Ядерна енергетика, яка на сьогодні має значно більше сировинних ресурсів, ніж є органічного палива, динамічно розвивалася протягом останніх 20-ЗО років. Але сьогодні, на думку багатьох фахівців, вона вже не може вважатися перспективним видом енергії через високий ризик радіоактивного забруднення навколишнього середовища, що виявився в серії техногенних аварій, особливо під час сумнозвісної Чорнобильської катастрофи.
Тому у світі все більше звертають увагу на використання так званих відновних джерел енергії - тепла Землі, енергії вітру, припливів та відпливів, біогазу, сонячного випромінювання тощо. Практично всі ці джерела енергії повністю зумовлені прямою дією Сонця. Сталий розвиток суспільства потребує повільної ліквідації залежності від викопного палива. Отже, другим шляхом подолання сучасної енергетичної кризи (після енергозбереження) є перехід до використання альтернативних (нетрадиційних, відновних) джерел енергії. Альтернатива (франц. alternative, лат. alter - один з двох) - необхідність вибору однієї з двох або декількох можливостей, що взаємовиключаються. Альтернативними джерелами енергії називають такі матеріальні засоби її виробництва, які можуть бути протиставлені основним, котрі використовують нині, як противага або заміна. Отже, альтернативна енергетика охоплює такі види: геліоенергетика, змішана, біоенергетика, вітро-, гідро-, геотермоенергетика, космічна, енергетика вторинного використання викидного тепла (рис. 6.3).
Схожі статті
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 6.1. Світова енергетична криза та шляхи її подолання
Енергетика є основою усього світового господарства. Приблизно чверть усіх споживаних енергоресурсів витрачається у електроенергетиці. Інші 3/4 - це...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.2. Основні властивості і глобальні функції живої речовини
Біосфера - це, з одного боку, сукупність живих організмів, що населяють планету, з іншого - сфера активної взаємодії атмосфери, гідросфери і літосфери....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Клімат
Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Температура
Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.4. Кругообіги речовини та енергії у біосфері
У біосфері, як і у кожній підпорядкованій їй екосистемі, між собою та з навколишнім середовищем взаємодіють продуценти, консументи, детритофаги і...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.2.2. Нехарчові взаємовідносини в екосистемах
Окрім трофічних існують також інші форми залежності одного виду від іншого, які можуть бути як сприятливими, так і не дуже. Учені підрахували, що якщо в...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.5.1. Забруднення Світового океану
У результаті діяльності людей гідросфера змінюється: кількісно (зменшення кількості води, придатної для використання) та якісно (забруднення). Проблема...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.4.1. Грунти та їх значення в агроекосистемах
Грунти є природними утвореннями, які характеризуються родючістю - здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їх життєдіяльності, а також...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.3.2. Відходи як вторинні ресурси
Одноразове використання матеріалів та ресурсів призвело до масового накопичення відходів та виробництва стійких забруднювачів природного середовища....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Кругообіг біогенних катіонів - Nа, К, Са, Мg
Сірка входить до складу амінокислот, білків та інших складних органічних сполук. Головним джерелом сірки є розчинені у воді продукти вивітрювання...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Кругообіг сірки
Сірка входить до складу амінокислот, білків та інших складних органічних сполук. Головним джерелом сірки є розчинені у воді продукти вивітрювання...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.4.1. Великий і малий кругообіги речовин та енергії
У біосфері, як і у кожній підпорядкованій їй екосистемі, між собою та з навколишнім середовищем взаємодіють продуценти, консументи, детритофаги і...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.2.1. Харчові взаємовідносини в екосистемах
При вивченні біотичної структури екосистем стає очевидним, що одними з найважливіших взаємовідносин між організмами є харчові, або трофічні, зв'язки....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.1. Основні характеристики екологічних факторів
Усі умови середовища, необхідні для життя, впливають на організми, що визначається насамперед впливом на їхній обмін речовин. У зв'язку з цим всі...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.3. Антропогенні фактори
Вплив людини як екологічного фактора надзвичайно сильний та різнобічний. Жодна екосистема на планеті не уникнула цього впливу, а багато екосистем були...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.3.1. Гірничопромислові ландшафти і рекультивація земель
Видобування мінеральної сировини призводить до формування специфічних антропогенних ландшафтів, які називають гірничопромисловими. Своєю площею вони...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.1. Загальна характеристика і поділ природних ресурсів
Існують різні підходи до наукової класифікації природних ресурсів. Спочатку розглянемо добре відомий загальний поділ природних ресурсів за різними...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.7.2. Закони екології Коммонера
Внаслідок великої складності об'єктів вивчення екологи у ній дуже багато законів, принципів та правил. Отже, їх не можна звести до кількох, навіть...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.7.1. Загальні закони екології
Закони природничих наук (біології, фізики, хімії тощо) не можна порушити чи скасувати, тому лише головні здобутки природничих наук мають повне право...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.7. Основні закони біосферного розвитку
Закони природничих наук (біології, фізики, хімії тощо) не можна порушити чи скасувати, тому лише головні здобутки природничих наук мають повне право...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.4. Стабільність та динамічність екосистем
З усього викладеного вище можна зробити висновок, що кожна екосистема є динамічною структурою із сотень і навіть тисяч продуцентів, консументів,...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.2. Структура екосистем
Структура є найважливішою властивістю будь-якої екосистеми. Структуру розуміють як внутрішню будову системи і певні зв'язки між її складниками. Загалом в...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Світло
В основній класифікації усі екологічні фактори поділяють на три великі групи - абіотичні, біотичні й антропогенні (рис. 3.3). Абіотичними факторами...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.2.1. Абіотичні екологічні фактори
В основній класифікації усі екологічні фактори поділяють на три великі групи - абіотичні, біотичні й антропогенні (рис. 3.3). Абіотичними факторами...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.3. Еволюція сучасної біосфери
Планета та її атмосфера утворилися близько 4,5 млрд років тому. А перші живі істоти з'явилися на Землі приблизно 4,25- 3,5 млрд років тому (в архейську...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.6.3. Руйнування озонового шару атмосфери
Відкритий характер атмосфери як системи обумовлює можливість тісних зв'язків її з підстильною поверхнею, біосферою та Космосом. Вплив космічних,...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Розділ 6. Глобальні екологічні проблеми людства
Політичні, економічні і соціальні проблеми, які стосуються інтересів усіх країн і народів, усього людства, називають глобальними. Глобальні проблеми...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.7.3. Заходи з охорони і відтворення біологічних ресурсів
Охорона біологічних ресурсів здійснюється різними шляхами. Найбільш відомою є так звана пасивна охорона, тобто збереження видів тварин і рослин, які...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.7.1. Рослинні ресурси
Рослинні ресурси - це всі рослинні організми (вищі рослини, гриби, мохи, лишайники, водорості), які ростуть на територіях і акваторіях та...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.5.2. Водоспоживання та відновлення ресурсів прісної води
Коли водні ресурси (або водні об'єкти) використовуються для задоволення потреб населення, промисловості, сільського господарства, транспорту та інших...
Основи екології - Олійник Я. Б. - 6.2. Шляхи подолання енергетичної кризи