Сторінка
2

Альтернативні технології енергетики, їхні переваги й недоліки

Фотоелектричний спосіб конверсії базується на властивості деяких хімічних елементів безпосередньо перетворювати променисту енергію сонця на електричну.

З 1989 р. в США на півдні Каліфорнії успішно працює промислова СЕС потужністю 200 МW. Така СЕС може забезпечити потреби в електроенергії 250-тисячного міста, хоча з економічного погляду вона не може конкурувати з ТЕС чи АЕС.

У майбутньому планується широко впроваджувати СЕС як пікові електростанції комплексно з тепловими і атомними електростанціями, що уможливить економію органічного та ядерного палива.

Нині під егідою Міжнародного енергетичного агентства геліоенергетика поступово впроваджується в багатьох країнах світу, але основним стримуючим фактором залишається висока ціна будівництва й висока собівартість енергії. За даними американських служб Міністерства енергетики США капіталовкладення на 1 kW потужності СЕС в 10—15 разів перевищують капіталовкладення для ТЕС і АЕС. Утім успіхи в розробці нових фотоелектричних матеріалів і вдосконалення технологічного устаткування безумовно в майбутньому значно збільшать економічну ефективність СЕС.

Проте чи вирішаться екологічні питання забезпечення економіки електроенергією навіть тоді, коли конверсія сонячної енергії в технічному й економічному плані не становитиме проблем?

Теплова потужність Q засвоєної поверхнею Землі сонячної енергії зумовлюється співвідношенням:

Q = q(1 – α),

де q — концентрованість (щільність) сонячного потоку, що опромінює Землю (~1 kW/m2); α — альбедо поверхні Землі.

Припустивши, що пересічне значення альбедо, наприклад, у пустелях Середньої Азії, становить 0,35, а середньоденний потік q — 0,5 kW/m2, отримаємо Q — близький до 0,3 kW/m2. Якщо взяти коефіцієнт конверсії сонячної енергії в електричну 10% (що значно більше за реальний) і розмістити сонячні панелі (кожна площею 1 m2) в одну лінію вздовж екватора навколо Землі, то (за умови, що половину з них постійно буде освітлено Сонцем) потужність такої СЕС буде значно менша, ніж одного блока АЕС чи ТЕС в 1000 МW. Розрахунок простий (виходячи з наведених вище даних для сонячного потоку): довжина півекватора 22 млн m, потужність 1 m2 сонячної батареї 0,3 kW · 0,1 = 0,03 kW.

Потужність такої СЕС становитиме 0,03 kW · 22 · 106 = 66 · 107 kW = = 660 MW.

Аналогічні розрахунки показують, що для задоволення тільки 50% потреб в електроенергії таких країн, як Франція чи Україна, за рахунок СЕС сучасного технічного рівня необхідно вилучити значну частину енергії сонячних променів з території в десятки тисяч квадратних кілометрів, що змінить прогрівання грунту й повітря і призведе до так званого «теплового забруднення» біосфери. Важко передбачити наслідки зміни клімату, вплив цих змін на флору і фауну таких регіонів.

Використання сонячної енергії в майбутньому, можливо, буде зв’язане з програмами освоєння космосу. Потужність потоку сонячної енергії поза межами атмосфери майже в 1,5 раза більша, ніж на поверхні Землі. Існує ідея розмістити на орбіті великі геосинхронні до обертання Землі панелі сонячних батарей і транспортувати енергію пучком надвисокочастотного випромінювання до приймачів на Землю, де вона буде конвертована в електроенергію.

Як бачимо, найближча перспектива широкомасштабної заміни традиційних джерел промислової електроенергетики сонячною не тільки є технічно та економічно неможливою, а й екологічно небезпечною. Але сонячні енергоустановки, як і вітрові, безумовно будуть ефективними для енергозабезпечення (теплом і електрикою) невеликих ізольованих центрів, наукових станцій і окремих господарських об’єктів, куди постачання енергії або утруднене, або надто дороге. Безпосереднє використання низькоконцентрованої сонячної енергії економічно виправдане в побуті і в сільському господарстві (сушарки для сільськогосподарської продукції, підігрів води і приміщень). У США ще з 80-х років успішно працюють тисячі таких геліоустановок невеликої потужності, розміщені як у віддалених і важкодоступних регіонах країни, так і в урбанізованих регіонах на дахах будинків.

Біохімічні джерела енергетики

Людина, мабуть, уперше використала енергію біомаси, коли почала користуватись вогнем. І сьогодні в деяких країнах біомаса (дрова і деревне вугілля) широко використовується населенням, особливо в країнах Африки й Азії, досягаючи в загальному енергетичному балансі 80%. Це суттєво шкодить навколишньому середовищу: знищуються ліси, збільшується ерозія грунту, висихають водоймища. До того ж коефіцієнт конверсії горіння дров у примітивних вогнищах занадто низький, а корисні елементи біомаси (N, P) не використовуються. У зв’язку з тим, що місця вирубки енергетичної деревини з часом усе більше віддаляються від споживачів, деревину на місцях заготівлі обпалюють до деревного вугілля. Останнє має більш високий показник питомої теплоти згоряння (близький до умовного палива — 30 MJkg–1), і його зручніше транспортувати. При цьому втрачається майже половина первинної енергії біомаси (дров) і зростають площі вирубки лісів на одиницю корисної енергії. Але все це не закреслює ідею використання біомаси як альтернативного енергетичного джерела і в розвинутих промислових країнах.

Річ у тім, що ресурси біомаси у вигляді відходів лісового й сільськогосподарського виробництва дуже значні й щорічно відновлюються. Навіть в Україні вони еквівалентні 30 млн t вугілля.