Енергетична галузь України та її розвиток.

Зараз, як ніколи раніш, гостро постало питання: що чекає на людство - енергетичне голодування чи енергетичний достаток? Очевидно, що зараз людство переживає енергетичну кризу: бажані потреби людства у електричній енергії у декілька разів перевищують виготовлення! І це при тому, що остання цифра є майже фантастичною - 27-30 трлд. кіловат-годин щороку. Рівень матеріальної, а відповідно і духовної культури людства прямо залежить від кількості енергії, що воно має. Для того щоб виготовити будь-яку річ нам потрібна енергія. Матеріальні потреби людства як і популяція людей постійно збільшуються, тому потреба у енергії збільшується геометрично. Засоби масової інформації постійно інформують нас про винайдення різноманітних нових, більш екологічно чистих способів добути енергію. Але ж в чому тоді причина повільного зростання частки таких джерел у загальному видобутку енергії. Справа у тому, що досі не знайдено джерела енергії, більш рентабельного за найдавніший спосіб видобутку енергії - спалення. І зараз 80% всієї енергії людство отримує спалюючи вугілля,нафту та нафтопродукти, приролній газ, торф тощо. Але тих запасів енергії, що природа накопичувала сотні мільйонів років, вистачить лише на декількасот рокіів. Отже єдиний спосіб змусити людину перейти на більш екологічно чисті джерела енергії - це прийняття на державному рівні та на рівні світової спільноти низки регулюючих актів, котрі б обмежили видобуток паливних ресурсів. Але ряд держав (перш за все це держави Перської затоки) і не збираються обмежувати таким способом свої прибутки. Отже основний тягар по збереженню енергії лягає на розвинені держави Північної Америки та Європи. Все більше і більше вчених шукають якомога рентабельніші джерела, котрі б використовували відновлювані ресурси і котрі б змогли хоча б частково замінити паливні. Найбільш підходять такі джерела як використання енергії текучої води та вітру, океанських припливів та відпливів, тепла земних надр та, звичайно, енергії Сонця. Також багатообіцяючими є дослідження, метою яких є спроба повторити термоядерні процеси, що відбуваються на зірках. Вчені можуть сказати, що енергія - це здатність до виконання роботи, а робота здійснюється, коли на об'єкт діє фізична сила. Чітке визначеня енергії передбачає, що енергія - це різниця потенціалів у різних точках поля. Але нам достатьно визначити у цьому рефераті енергію, як джерело, з якого людина може добути електричний струм, тепло, тощо.

АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ: ВОДА

Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. Перелік таких забруднювачів на диво довгий, а їхні кількості надзвичайно величезні.

Цілком природно виникає питання, чи завжди використання енергії і виробництво електроенергії повинне супроводжуватися руйнуванням навколишнього середовища. І якщо правда, що будь-який вид людської діяльності неминуче впливає на природу, то ступінь цієї шкоди різний. Ми не можемо не впливати на середовище, у якій живемо, оскільки для підтримки життєвих процесів як таких необхідно поглинати і використовувати енергію.

Людина, безумовно, впливає на навколишню його середовище, однак у природі існують природні механізми, що врівноважують, що підтримують середовище і спільноти, що живуть у ній, у стані рівноваги, коли всі зміни відбуваються досить повільно. Проте в багатьох випадках господарська діяльність людини порушує рівновагу, підтримувану цими механізмами, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає величезні кількості забруднювачів води і повітря, - один з видів такої діяльності людини.

Дивно, що всього двісті років тому людство, крім енергії самої людини і тварин, володіло тільки трьома видами енергії. І джерелом цих усіх трьох видів енергії було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно чи ткали. Для того щоб можна було скористатися енергією води, необхідно, щоб вода бігла вниз до моря від вище розташованого джерела, де річка наповняється за рахунок дощів, що випадають.

За останнє десятиліття інтерес до цих джерел енергії постійно зростає, оскільки в багатьох відносинах вони необмежені. У міру того як постачання палива стає менш надійним і більш дорогим, ці джерела стають усе більш привабливими і більш економічними. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що ми знову звернули свою увагу на воду, вітер і Сонце.

Енергія води. Гідроенергія

Оскільки сонячне випромінювання - рушійна сила кругообігу води в природі, енергія води, або гідроенергія, також відноситься до перетвореної енергії Сонця. Вода, що ще в стародавності використовували для здійснення

механічної роботи, дотепер залишається добрим джерелом енергії - тепер вже електричної - для нашої промислової цивілізації. Енергія падаючої води, що обертає водяне колесо, служила безпосередньо для розмелу зерна, розпилювання деревини і виробництва тканин. Однак млини і лісопилки на наших річках стали зникати, коли у вісімдесятих роках позаминулого століття почалося виробництво електроенергії з водоспадів.

Енергія припливів

У припливах і відпливах, що змінюють один одного двічі на день, також зосереджена величезна енергія. Припливи - це результат гравітаційного притягання великих мас води океанів з боку Місяця і, у меншому ступені, Сонця. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Коли «горб» підйому води досягає суші, як це повинно відбуватися внаслідок обертання Землі, настає приплив. Подальше обертання Землі послабляє вплив Місяця на цю частину океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча їхній точний час змінюється в залежності від сезону і положення Місяця.

Середня висота припливу складає усього лише 0,5 м, за винятком тих випадків, коли водяні маси переміщаються у відносно вузьких межах. У таких випадках виникає хвиля, висота якої може в 10-20 разів перевищувати нормальну висоту припливного підйому. Щороку найбільш високі припливи бувають тоді, коли Місяць і Сонце знаходяться майже на одній лінії, так що сумарний гравітаційний вплив збільшує обсяг переміщуваної океанської води.Біологічні і фізичні наслідки будівництва приливних електростанцій.

Фізичні наслідки. Коли ми дивимося на припливи з їх загрозливою енергією, нам варто подумати про вплив на навколишнє середовище припливних басейнів. Зосередимося на фізичних змінах, що можуть відбутися з морської сторони припливної електростанції.

Амплітуда припливу може збільшуватися усього лише на 30 см, але навіть така невелика зміна загрожує серйозними наслідками. Припливні води, що надходять, можуть піднятися на 15 см, а це здатне привести до вторгнення морської води в прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу верхньої відмітки припливу. Можливе прискорення берегової ерозії, а низинні ділянки, включаючи дороги, будуть затоплятися, коли шторми і припливи, що збільшилися, об'єднають зусилля. Берегова смуга буде практично непридатна для використання через більш високі припливи. Оцінки площі берегової смуги, що може бути загублена через приливне затоплення, коливаються від 17 до 40 квадратних кілометрів. Звичайно, місцеві втрати залежать від крутизни схилу і характеру берега. Відплив, що може виявитися нижче на 15 см, здатний утруднити доступ до човнів і до води з причалів. Збільшена висота припливу може викликати надходження більш солоної води в устя річок і цим змінити співвідношення водних організмів, що живуть там. Зі збільшенням амплітуди припливів виникнуть посилені припливні плини, на 5-10% більш швидкі, що може привести до розмивання і переносу піщаних відмілин і до заповнення піском існуючих судноплавних рукавів, а в результаті до необхідності складання нових навігаційних карт. Але в цьому випадку судна незабаром почнуть застрявати, у міру того як проходи будуть змінюватися через переміщення піску.

2. АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ: ВІТЕР

Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. Перелік таких забруднювачів на диво довгий, а їхні кількості надзвичайно величезні.

Цілком природно виникає питання, чи завжди використання енергії і виробництво електроенергії повинне супроводжуватися руйнуванням навколишнього середовища. І якщо правда, що будь-який вид людської діяльності неминуче впливає на природу, то ступінь цієї шкоди різний. Ми не можемо не впливати на середовище, у якій живемо, оскільки для підтримки життєвих процесів як таких необхідно поглинати і використовувати енергію.

Людина, безумовно, впливає на навколишню його середовище, однак у природі існують природні механізми, що врівноважують, що підтримують середовище і спільноти, що живуть у ній, у стані рівноваги, коли всі зміни відбуваються досить повільно. Проте в багатьох випадках господарська діяльність людини порушує рівновагу, підтримувану цими механізмами, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає величезні кількості забруднювачів води і повітря, - один з видів такої діяльності людини.

Дивно, що всього двісті років тому людство, крім енергії самої людини і тварин, володіло тільки трьома видами енергії. І джерелом цих усіх трьох видів енергії було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно чи ткали. Для того щоб можна було скористатися енергією води, необхідно, щоб вода бігла вниз до моря від вище розташованого джерела, де річка наповняється за рахунок дощів, що випадають.

За останнє десятиліття інтерес до цих джерел енергії постійно зростає, оскільки в багатьох відносинах вони необмежені. У міру того як постачання палива стає менш надійним і більш дорогим, ці джерела стають усе більш привабливими і більш економічними. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що ми знову звернули свою увагу на воду, вітер і Сонце.

ЕНЕРГІЯ ВІТРУ

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Вітер служив людству протягом тисячоліть, забезпечуючи енергію для вітрильних суден, для розмелу зерна і перекачування води. В даний час головне місце займає виробництво електроенергії. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2% потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Криму і Карпат. У нинішню епоху високих цін на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентноздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни.Треба звернути увагу на те, що при швидкості вітру 33 км/год. подовження крила пропелера в 4 рази (з 15 до 60 м) збільшує виробництво енергії в 16 разів. Відмітимо також, що при довжині крила 30 м вітер зі швидкістю 50 кілометрів за годину забезпечує виробництво електроенергії у 26 разів більше, ніж вітер зі швидкістю 17 кілометрів за годину. Саме тому інженери схиляються на користь великих вітродвигунів і прагнуть перехопити вітер на великій висоті.

Більшість великих вітродвигунів, що споруджуються зараз чи уже діючих, розраховано на роботу при швидкостях вітру 17-58 кілометрів за годину. Вітер зі швидкістю менше 17 кілометрів за годину дає мало корисної енергії, а при швидкостях більш 58 кілометрів за годину можливе пошкодження двигуна.Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів. Навіть якщо такий вітер забезпечує одержання набагато більше енергії, ніж слабкі вітри, він робить настільки сильний тиск на крила, що вся машина може бути зруйнована. Крім того, тривалість часу, коли дмуть штормові вітри, настільки мала, що внесок штормових вітрів у сумарне виробництво енергії незначний, і це робить подібний ризик безглуздим. Щоб усунути проблему штормових вітрів, крила вітродвигунів згинають так, щоб вони були злегка повернені в одну сторону для зменшення напору вітру; завдяки цьому повні удари сильних поривів не ушкоджують пропелер. Ця стара практика відома як «оперення». Щоб запобігти поломці крил, застосовують також нові матеріали, здатні протистояти великим навантаженням.

Інші проблеми в конструкції вітродвигунів обумовлені просто природою системи, необхідної для перехоплення енергії вітру. Двигуни звичайно встановлюють на високих вежах, щоб пропелери були відкриті більш сильним вітрам, що дмуть на великій висоті. Ближче до поверхні землі будинки, дерева, невеликі пагорби і т.п. стримують і послабляють вітер. Тому потрібні високі щогли. Однак важке устаткування - пропелер, коробка передач і генератор - повинні розміщатися на верхівці щогли, і це вимагає міцної конструкції.

Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах - від легкого подиху до могутніх поривів; у зв'язку з цим міняється і число обертів генератора за секунду. Для усунення цього перемінний струм, що виробляється при обертанні осі генератора, випрямляють, тобто перетворюють у постійний, що йде в одному напрямку. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм надходить в електронний перетворювач, що робить стабільний перемінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему. Невеликі вітродвигуни на кшталт тих, що використовують на ізольованих фермах чи на морських островах, подають випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Акумуляторні батареї необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер занадто слабшає для виробництва енергії.

Більш важка проблема регулювання всієї системи електростанцій. Тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії чи зовсім її не виробляють. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потреби в ньому.

3. АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ: СОНЦЕ

Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. Перелік таких забруднювачів на диво довгий, а їхні кількості надзвичайно величезні. Цілком природно виникає питання, чи завжди використання енергії і виробництво електроенергії повинне супроводжуватися руйнуванням навколишнього середовища. І якщо правда, що будь-який вид людської діяльності неминуче впливає на природу, то ступінь цієї шкоди різний. Ми не можемо не впливати на середовище, у якій живемо, оскільки для підтримки життєвих процесів як таких необхідно поглинати і використовувати енергію.

Людина, безумовно, впливає на навколишню його середовище, однак у природі існують природні механізми, що врівноважують, що підтримують середовище і спільноти, що живуть у ній, у стані рівноваги, коли всі зміни відбуваються досить повільно. Проте в багатьох випадках господарська діяльність людини порушує рівновагу, підтримувану цими механізмами, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає величезні кількості забруднювачів води і повітря, - один з видів такої діяльності людини.

Дивно, що всього двісті років тому людство, крім енергії самої людини і тварин, володіло тільки трьома видами енергії. І джерелом цих усіх трьох видів енергії було Сонце. Енергія вітру обертала крила вітряних млинів, на яких мололи зерно чи ткали. Для того щоб можна було скористатися енергією води, необхідно, щоб вода бігла вниз до моря від вище розташованого джерела, де річка наповняється за рахунок дощів, що випадають.

За останнє десятиліття інтерес до цих джерел енергії постійно зростає, оскільки в багатьох відносинах вони необмежені. У міру того як постачання палива стає менш надійним і більш дорогим, ці джерела стають усе більш привабливими і більш економічними. Підвищення цін на нафту і газ послужило головною причиною того, що ми знову звернули свою увагу на воду, вітер і Сонце.

СОНЯЧНА ЕНЕРГІЯ

Сонячна енергія - це кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті реакцій у надрах Сонця. Оскільки її запаси практично невичерпні (астрономи підрахували, що Сонце буде «горіти» ще кілька мільйонів років), її відносять до поновлюваних енергоресурсів. У природних екосистемах лише невелика частина сонячної енергії поглинається хлорофілом, що міститься в листах рослин, і використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу і води. Таким чином, вона вловлюється і запасається у вигляді потенційної енергії органічних речовин. За рахунок їхнього розкладання задовольняються енергетичні потреби всіх інших компонентів екосистем.Підраховано, що приблизно такого ж відсотка сонячної енергії цілком достатньо для забезпечення потреб транспорту, промисловості і нашого побуту не тільки зараз, але й у доступному для огляду майбутньому. Більш того, незалежно від того, будемо ми нею користуватися чи ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не позначиться. Однак сонячна енергія падає на всю поверхню Землі, ніде не досягаючи особливої інтенсивності. Тому її потрібно вловити на порівняно великій площі, сконцентрувати і перетворити в таку форму, яку можна використовувати для промислових, побутових і транспортних потреб. Крім того, треба вміти запасати сонячну енергію, щоб підтримувати енергопостачання і вночі, і в похмурі дні. Перераховані труднощі і витрати, необхідні для подолання, наводять на думку про непрактичність цього енергоресурсу, принаймні сьогодні. Однак у багатьох випадках проблема перебільшується.

Головне - використовувати сонячну енергію так, щоб її вартість була мінімальна або взагалі дорівнювала нулю. В міру вдосконалювання технологій і подорожчання традиційних енергоресурсів ця енергія буде знаходити все нові і нові області застосування.

Світлове випромінювання можна вловлювати безпосередньо, коли воно досягає Землі. Це називається прямим використанням сонячної енергії. Крім того, вона забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря і нагромадження органічної речовини в біосфері. Виходить, звертаючи до цих енергоресурсів, ми по суті справи займаємося непрямим використанням сонячної енергії.

ПЕРСПЕКТИВИ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Використання сонячної енергії може бути корисно в декількох аспектах. По-перше, при заміні нею викопного палива зменшується забруднення повітря і води. По-друге, заміна викопного палива означає скорочення імпорту палива, особливо нафти. По-третє, заміняючи атомне паливо, ми знижуємо погрозу поширення атомної зброї. Нарешті, сонячні джерела можуть забезпечити нам деякий захист, зменшуючи нашу залежність від безперебійного постачання паливом.

З погляду навколишнього середовища і стійкого розвитку ці альтернативні джерела електрики цілком надійні. На жаль, вони ніяк не вирішують проблему скорочення запасів сирої нафти, що, як і раніше, необхідна для транспорту.

Пасивні сонячні нагрівальні системи дуже рентабельні, і має сенс включати їх у проекти всіх нових будинків. Однак, поки ще існуючі і використовувані будинки не зміняться, споживання традиційних енергоресурсів не знизиться; у кращому випадку сповільниться його ріст. Дійсно скоротити їхнє використання могло б повсюдне поліпшення теплоізоляції будинків і установка в них «заднім числом» сонячних систем опалення і водонагрівання. У такому випадку з'явиться можливість перекинути частину мазуту, споживаного в побутових цілях, на потреби транспорту. Однак у самій добрій нагоді було б вирішення проблеми майбутнього дефіциту сирої нафти, необхідної для виробництва автомобільного пального.Тому потрібно зосередити основну увагу на транспортному секторі.

Ситуація в Україні

Розвиток альтернативних джерел енергії в Україні находиться у зародковому стані, однак, як і в ситуації з вітроенергетикою, ми маємо непоганий потенціал для розвитку сонячної енергетики. Сьогодні в країні налагоджене власне виробництво високоефективних кремнієвих сонячних батарей із ККД до 20%. А необхідні для комплектації систем електропостачання системи керування, акумуляторні батареї й інвертори, що перетворюють постійний електричний струм у

змінний, виробляються в сусідній Росії. Хоча 90% комплектуючих до сонячних батарей сьогодні експортується за кордон, наявність високотехнологічного виробництва дозволяє говорити про можливість виробництва сонячних батарей власного виробництва, що значно здешевить їх кінцеву вартість. Тим більше, що своєрідний «фундамент» у розвиток альтернативних джерел енергії вже закладений Верховною Радою. На початку цього року президентом України Віктором Ющенко був підписаний Закон про стимулювання використання альтернативних джерел енергії. Закон встановлює спеціальний коефіцієнт «зеленого» тарифу для електроенергії з використанням різних альтернативних джерел енергії, на який множиться звичайний тариф для споживачів другого класу напруги на січень 2009 року. У випадку енергії сонячного випромінювання, відповідно до закону, коефіцієнт має три можливих значення: для наземних об’єктів електроенергетики — 4,8, установлених на дахах будинків, будинків і споруд із величиною встановленої потужності понад 100 кВт — 4,6, а менш 100 кВт, а також установлених на фасадах будь-якої потужності — 4,4. Закон установлює «зелений» тариф на строк до 1 січня 2030 року.