ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГІЯ

Вираз «геотермальна енергетика» буквально означає, що це енергія тепла Землі («гео» – земля, «термальна» – теплова). Основним джерелом цієї енергії слугує постійний потік теплоти з розжарених надр, направлений до поверхні Землі. Земна кора отримує теплоту в результаті тертя ядра, радіоактивного розпаду елементів (подібно торію і урану), хімічних реакцій. Постійні часу цих процесів настільки великі відносно часу існування Землі, що неможливо оцінити, збільшується чи зменшується її температура.

Запаси геотермальної енергії величезні. Геотермальна енергія в ряді країн (Угорщина, Ісландія, Італія, Мексика, Нова Зеландія, Росія, США, Японія) широко використовується для теплопостачання, вироблення електроенергії. Так, в Ісландії за рахунок геотермальної енергії забезпечується 26,5% вироблення електроенергії.

У 2004 р. в світі сумарна потужність геотермальних електростанцій склала біля 9 млн. кВт, а геотермальних систем теплопостачання – біля 20 млн. кВт (теплових). За прогнозами потужність геоТЕС може становити біля 20 млн. кВт, а вироблення електроенергії – 120 млрд. кВт·год.

Розрізняють п’ять основних типів геотермальної енергії:

• нормальне поверхневе тепло Землі на глибині від декількох десятків до сотень метрів;

• гідротермальні системи, тобто резервуари гарячої або теплої води, в більшості випадків самовиливної

• парогідротермальні системи – родовища пари і самовиливної пароводяної суміші;

• петрогеотермальні зони або теплота сухих гірничих порід;

• магма (нагріті до 1300°С розплавлені гірничі породи).

Серед родовищ глибинної теплоти Землі існують термоаномальні зони родовищ теплоти, які мають підвищений геотермальний градієнт в насичених водою проникаючих гірничих породах. Таким чином, проявленням геотермальної теплоти, що має практичне значення, є запаси гарячої води і пари в підземних резервуарах на відносно невеликих глибинах і гейзери, які виходять на поверхню.

Геотермальні води класифікують за температурою, кислотністю, рівнем мінералізації, жорсткістю.

Основними показниками придатності геотермальних джерел для використання є їх природна температура, згідно з якою вони підрозділяються на низькотермальні води з температурою 40–70°С, середньотермальні з температурою 70–100°С, високотермальні води і пара з температурою 100–150°С, парогідротерми і флюїди з температурою вище 150°С.

Геотермальні електростанції (геоТЕС) мають мають ряд особливостей:

• постійний залишок енергоресурсів, що забезпечує використання повної встановленої потужності обладнання геоТЕС;

• достатньо простий рівень автоматизації;

• наслідки можливих аварій обмежують;

• питомі капіталовкладення і собівартість електричної енергії в основному можуть бути нижчими, ніж на електростанціях, які використовують інші відновлювальні джерела енергії.

ГеоТЕС можна розділити на три основні типи:

• станції, які працюють на родовищах сухої пари;

• станції з пароутворювачем, які працюють на родовищах гарячої води під тиском;

• станції з бінарним циклом, в яких геотермальна теплота передається вторинній рідині (наприклад фреону або ізобутану) і відбувається класичний цикл Ренкіна.

В Україні існують значні ресурси геотермальної енергії. Родовища геотермальних вод, придатних до промислового освоєння в Україні, розташовані в Закарпатській, Миколаївській, Одеській, Херсонській областях і в АР Крим. Найперспективнішими для використання геотермальних ресурсів є Карпатський регіон і Крим. Менш значимий потенціал геотермальних вод існує в Полтавській, Харківській, Сумській і Чернігівській областях. Річний технічний потенціал геотермальної енергії оцінюється як еквівалентний 12 млн. т у. п., що забезпечує перспективність розвитку геотермальної енергетики в країні.

ГеоТЕС, побудовані в США, Італії, Росії та інших країнах, за питомими капіталовкладеннями і вартістю електроенергії можуть конкурувати із сучасними ТЕС і АЕС.

У 2008 р. в світі встановлена потужність електрогенеруючих геотермальних установок склала біля 11 млн. кВт з виробленням біля 55 млрд. кВт·год.

Варто усвідомлювати, що механічне заміщення природного газу вугіллям на рівні конкретних споживачів енергії є найчастіше технічно неможливим або ж вимагає значних витрат на заміну паливоспоживаючого устаткування. Тому надзвичайно актуальним є питання конверсії твердого палива і/або інших вуглецевмісних матеріалів до газоподібного стану.

Сучасні технології продукування альтернативних видів палива дозволяють істотно розширити сировинну базу для їх виробництва. Наприклад, на сьогодні у світовій практиці є досить поширеними технології газифікації вугілля в потоці, у киплячому шарі, щільному шарі або в розплаві. Ці технології дозволяють використовувати вугілля зольністю до 50%, зокрема з високим вмістом сірки. Вони активно розвивалися, зокрема, з метою використання продуктів газифікації в парогазових установках електроенергетики.

Для одержання альтернативних видів газового палива на сьогодні використовуються навіть тверді побутові відходи (ТПВ), які є одним з різновидів вуглецевмісної сировини. Безпрецедентне зростання світових цін на нафтопродукти обумовило інтерес до нарощування енергетичного використання ТПВ шляхом виробництва електричної та теплової енергії. При цьому слід враховувати, що калорійність 1 т ТПВ трохи перевищує калорійність 1 бареля нафти. Саме тому в Німеччині ще в 2003 р. працювало 58, а у Франції 123 заводи, які утилізували 13,2 і 11,2 млн. т ТПВ відповідно, а Стокгольм на 58% забезпечує потреби в опаленні житлового фонду за рахунок утилізації відходів. В Україні в останні роки щорічно утворюється понад 10 млн. т ТПВ, що є значним енергетичним ресурсом.

http://www.youtube.com/watch?v=DhyBWawVXDY

   

Біопаливо

Біомаса є одним з найдавнішніх джерел енергії, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким ккд. Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості. У більш широкому розумінні до біомаси відносять також побутові й промислові відходи не завжди рослинного походження, але для яких характерні однакові принципи їх утилізації.

Використання біомаси для отримання енергії на основі сучасних технологій є екологічно значно більш безпечним в порівнянні з енергетичним використанням традиційних органічних ресурсів, таких як вугілля.

Потенціальні ресурси рослинної біомаси, які можуть бути використані в якості джерела енергії, досягають 100 млрд. т у. п. У теперішній час у світовому енергобалансі рослинна біомаса (в основному дрова) не перевищує 1 млрд. т у. п. (біля 12%).

З використанням сучасних технологій частка біомаси в світовому енергобалансі може значно зрости.

Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово розвинених країн: у США її частка складає 4%, в Данії – 6%, в Канаді – 7%, в Австрії – 14%, в Швеції – 16% загального споживання первинних енергоресурсів цих країн.

У світі в 2004 р. встановлена потужність електростанцій на біомасі склала 39 млн. кВт.

У плані використання біомасу можна розділити на дві основні групи: первинна біомаса і вторинна. Джерелом первинної біомаси є наземний і водний рослинний світ, вторинної – відходи біомаси, що утворюються після збирання і перероблення первинної біомаси в товарну продукцію, і відходи, обумовлені життєдіяльністю тварин і людей.

Згідно з цим біоенергетика забезпечує отримання енергії шляхом використання біомаси, включаючи:

·               продукти лісу у вигляді відходів лісозаготівель і лісопереробки;

·               сільськогосподарські відходи, які підрозділяються на рослинні відходи сільськогосподарських культур (солома злакових культур, стеблі кукурудзи, соняшника тощо) і тваринні відходи (гній і гнійні стоки тощо);

·               водну рослинну біомасу (водорості, макрофіти тощо);

·               промислові й міські відходи (тверді побутові відходи, відстої міських і промислових стічних вод тощо), утилізація яких дозволяє вирішувати важливі екологічні та соціальні проблеми.

Найбільш ефективними технологіями використання біомаси в біоенергетиці є пряме спалювання; піроліз; газифікація; анаеробна ферментація з утворенням метану; виробництво спиртів і масел для отримання моторного палива.

Технології використання біомаси постійно вдосконалюються, забезпечуючи отримання енергії в придатній для споживача формі й з максимально можливою ефективністю.

У загальному випадку енергія з органічних відходів отримується або фізичними, або хімічними чи мікробіологічними методами.

Фізичним методом енергію отримують шляхом спалювання органічних відходів.

Основою хімічного метода є використання процесів піролізу і газифікації.

Найрозповсюдженішим у світі є мікробіологічний метод безвідходного виробництва – отримання біогазу анаеробним зброджуванням. Дуже цінним продуктом виробництва біогазу є отримання високоякісних органічних добрив.

Пряме спалювання біомаси в атмосфері повітря або кисню – один з найбільш старих методів отримання теплової енергії. Однак існує ряд проблем при його практичному використанні, головною з них є досягнення найбільш повного згоряння палива, в результаті якого утворюються діоксин вуглецю і вода, що не завдає шкоди довкіллю. До технічних пристроїв, які використовуються для прямого спалювання біомаси, відносяться печі, топки, камери згоряння. Біомаса може використовуватися шляхом прямого спалювання в енергетичних установках у факелі, киплячому або ущільненому шарі з подальшим отриманням теплової і електричної енергії. Основна промислова технологія цього напряму – пряме спалювання в котлі й генерація електроенергії в паротурбінній установці.

Піроліз біомаси – хімічне перетворення одних органічних сполук в інші під дією теплоти або так звана суха перегонка без доступу окислювачів (кисню, повітря). Розроблений ряд технологічних процесів піролізу біомаси, експлуатаційні умови кожного з них визначаються природою сировини, методами переробки і заданими продуктами виробництва. Характеристика продуктів піролізу залежить від типу сировини і умов проведення процесу. Основними продуктами піролізу можуть бути вуглиста речовина, паливна рідина, паливні гази, причому часто технологічний процес орієнтований на переважне отримання одного з продуктів піролізу.

Газифікація біомаси – це перетворення твердих відходів біомаси в горючі гази шляхом неповного їх окислення повітрям (киснем, водяною парою) при високій температурі. Газифікувати можна практично будьяке паливо, в результаті чого отримують генераторні гази, які мають значний діапазон використання – як паливо для отримання теплової енергії в побуті та різних процесах промисловості, в двигунах внутрішнього згоряння, як сировина для отримання водню, аміаку, метилового спирту і синтетичного рідкого палива. Не дивлячись на значні різновиди способів газифікації, всі вони характеризуються одними і тими ж реакціями.

Газифікатори мають різну продуктивність з різним виходом енергії в паливному газі. Низькокалорійний газ може бути отриманий газифікацією різних видів біомаси – органічних компонентів твердих міських відходів, відходів лісу, сільськогосподарських відходів.

Ефективним є використання установок газифікації біомаси на газотурбінних і парогазових електростанціях.

Анаеробна ферментація біомаси. У процесі анаеробної ферментації складні органічні речовини розкладаються на СО₂ і СН₄ з утворенням біогазу у вигляді суміші вуглекислого газу і метану, причому на частку метану може припадати до 70%. Технологічний процес анаеробного зброджування біомаси відбувається без надходження кисню в спеціальних реакторах-метантенках, конструкція яких забезпечує максимальне виділення метану. Особливо важливим в процесі анаеробного зброджування є створення оптимальних технологічних умов в реакторіметантенку: температури, надходження кисню, достатньої концентрації живильних речовин, допустимого значення рН, відсутності або низької концентрації токсичних речовин.

Найбільш ефективними вважаються біореактори, що працюють в термофільному режимі 43–62°С. На таких установках з триденною ферментацією гною вихід біогазу складає 4,5 л на кожний літр корисного об’єму реактора.

Сучасні біогазові анаеробні установки складаються з таких основних систем:

• системи підготовки і подачі сировини в біореактор;

• біореактора (метантенка) із системою підтримання постійної температури та іншими комплектуючими пристроями;

• системи зберігання і використання біогазу;

• системи вивантаження і транспортування шламу.

Використання біогазу забезпечує можливість отримання теплової і електричної енергії, що є особливо привабливим для фермерських господарств. При масовому розповсюдженню біогазових технологій в сільських регіонах можна досягнути значної економії органічного палива.

Становить інтерес вирощування і використання в метантенках водяної рослинної біомаси для отримання біогазу. Однією з найбільш продуктивних водоростей є бура водорость макроцистис, розповсюджена в прибережній зоні морів і океанів, врожайність якої складає 450–1200 т сирої маси є 1 га. З кожної тонни широко відомої хлорели можна отримати 22 кДж енергії. Високою врожайністю характеризуються морські водорості дуналіела, водяний гіацинт, червона водорость тощо.

Існує гібридна енергосистема «Біосоляр» – ТЕЦ, яка є замкненою для всіх біогенних елементів, окрім вуглецю, що спалюється.

Система «Біосоляр» являє собою комплекс з культивації мікроводоростей, з яких виділяються харчові й кормові добавки, а інше є одним з елементів наповнення метантенків. Для культивації мікроводоростей необхідний СО₂, який подається до них після очищення в результаті спалювання біогазу в котлах ТЕЦ.

Для отримання біогазу використовуються також відходи тваринництва і рослинності. У схемі передбачене додаткове джерело у вигляді природного газу, який використовується в разі необхідності в зимовий період при відсутності рослинної біомаси.

Вирощування  та використання сировини насіння рапсу, кукрудзи, сої приводить на світову арену нове пальне – біодизель, яке є безпечним для навколишнього середовища.

У п'ятірку найбільших виробників рапсу входять Європейський союз, Китай, Канад , Індія і Україна. Ріпак - важлива олійна рослина, значення якої для людини сильно зросло до кінця XX століття, коли він почав використовуватися для отримання біопалива.

Застосовуючи правильні технології, можна отримувати до семи з половиною мільйонів тонн насіння ріпаку - з них можна виробити до трьох мільйонівнасіння ріпакутонн палива - саме стільки необхідно, щоб забезпечити річні потреби вітчизняного агропрому без будь-якої економії. З 1 тонни насіння ріпаку отримують понад 250 кг масла і 550 кг шроту, що містить близько 40% білка, що має велике кормове значення.

Іншим джерелом біомаси є звалища сміття. Потенціальні можливості отримання біогазу зі звалищ можуть складати 1,6 млн. т у. п. Сировиною, з якої можна отримати біогаз, можуть бути практично всі відходи, до складу яких входять органічні компоненти

  Вітроелектростанції існують у всьому світі. Вони ідеально підходять для потреб країн, що розвиваються, з їхніми потребами у швидкому введенні в експлуатацію нових потужностей. Вони можуть бути введені в дію і підключені до енергомережі за більш короткий термін, і з меншими витратами, в порівнянні з введенням великих електростанцій, котрим необхідна складна інфраструктура з виробництва та передачі електроенергії. Тому, країни, що розвиваються, мають великий інтерес до вітроенергетичного ринку.

  Зазвичай найбільший вітровий потенціал спостерігається на морських узбережжях, на пагорбах та в горах. Тим не менш, існує ще багато інших територій з потенціалом вітру, достатнім для його використання у вітроенергетиці. Як джерело енергії, вітер є менш передбачуваним на відміну від, наприклад, Сонця, однак у певні періоди наявність вітру спостерігається протягом цілого дня. На вітрові ресурси впливає рельєф Землі та наявність перешкод, розташованих на висоті до 100 метрів. Тому вітер більшою мірою залежить від місцевих умов, ніж енергія Сонця. У гірській місцевості, наприклад, дві ділянки можуть володіти однаковим сонячним потенціалом, але цілком можливо, що їх вітровий потенціал буде різний, в першу чергу через відмінності в рельєфі та напрямках вітрових потоків. У зв’язку з цим планування місця під ВЕУ має проводитись більш ретельно, ніж при інсталяції сонячної системи.

  Енергія вітру, також, підпорядкована сезонним змінам погоди: більш ефективна робота вітряка – взимку, і менш ефективна – у літні спекотні місяці. Наприклад, у кліматичних умовах Данії фотоелектрична система ефективна на 18% у січні і на 100% у липні. Ефективність роботи вітростанції: у липні 55%, а у січні – 100%. Оптимальним варіантом є комбінування в одній системі невеликого вітрогенератора і сонячними модулями. Подібні комбіновані системи забезпечують більш високу продуктивність електроенергії, у порівнянні з окремо встановленими вітровими або фотоелектричними установками.

 Важливо, також, пам’ятати, що кількість енергії, виробленої за рахунок вітру, залежить від щільності повітря, від площі, охопленої лопатями вітротурбіни, і швидкості вітру. Через те, що взимку повітря більш щільне, вітряна установка буде виробляти взимку більше енергії, ніж влітку, за однакової швидкості вітру. На території, розташованої високо над рівнем моря, наприклад, в горах, атмосферний тиск менше і, відповідно, менше густина повітря, але це цілком компенсується підвищеною швидкістю вітру. 

http://solarkim.com.ua/category/wind-energy