Влияние возобновляемых источников энергии на окружающую среду

Создание малых водохранилищ оказывает положительное влияние на состояние водных систем малых рек, активизируя их способность к самоочищению и повышению качества воды. Аэрация воды при прохождении через турбину способствует улучшению кислородного режима водотоков, идет накопление биогенных элементов, повышается рыбопродуктивность.

1.3. Солнечная энергетика

Солнечная энергетика, пожалуй, - одно из наиболее динамично развивающихся направлений в мире. Ведь солнце – это один из основных источников излучения в нашей Вселенной.

Солнечная энергетика – это направления возобновляемой энергетики, основанное на преобразовании солнечного излучения для получения в тепловую, механическую и электрическую энергию. Мощность солнечной радиации составляет 10 ТВт (10 Вт).

Основным преимуществом солнечной энергии является то, что запасы ее бесконечны. Пока солнце светит ее можно потреблять, а когда солнце погаснет, человечеству она уже не потребуется.

Вторым не мало важным считается ее экологическая чистота. Так как при преобразовании солнечной энергии в электрическую, не происходит загрязнений в атмосферу. Но главным элементом солнечных батарей является кремний – один из самых грязных на планете. К тому же, чтобы получать большое количество энергии, требуется коллекторные поверхности огромной площади. Однако, солнце не всегда светит, и возникает проблема нестабильности энергоснабжение. Поэтому необходимо накопители солнечной энергии.

Существуют три основных направления использования солнечной энергии: для отопления, кондиционирования воздуха, для преобразования в электроэнергию с помощью солнечных фотоэлектрических преобразователей. Говоря о преобразований солнечной энергии, разделяют два метода прямого использования солнечной энергии – фотоэлектрическое преобразования и термодинамический цикл.

Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии имеет КПД (коэффициенты полезного действия) преобразователя до 28 %. При этом в процессе получения электрической энергии отсутствуют механические перемещения деталей конструкции установки. Фотоэлектрические системы требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде и хорошо приспособлены для отдаленных и труднодоступных районов.

Эффективность фотоэлектрического модуля зависит от 3 факторов:

1. Ориентация на  стороны света. Южная экспозиция  является наиболее предпочтительной.

2. Угол наклона. В европейской части России  оптимальным углом наклона является  диапазон 30° – 60° при южной  экспозиции.

3. Затенённость. При  монтаже фотоэлектрических элементов  необходимо учитывать тени от  близко стоящих деревьев или  построек.

Солнечная энергетика в России пока не является особо востребованной, несмотря на свой огромный потенциал. Никто не сомневается в преимуществах потребления альтернативных источников энергии вместо традиционных, тем не менее, на сегодняшний день существует множество препятствий в становлении солнечной энергетики в России. В частности, в нашей стране отсутствует соответствующая законодательная база. Электроэнергию в России могут продавать лишь специализированные генерирующие или распределительные компании, рынок для частных производителей на сегодня закрыт. К сожалению, на сегодняшний день солнечная энергетика в России является дорогостоящей, срок окупаемости ФЭС довольно долгий – 20-30 лет, многие предприятия не могут себе этого позволить. Во всех странах большим спросом сейчас пользуются электростанции, которые можно подключать к сети, что существенно снижает их стоимость. Для развития солнечной энергетики в России, вероятно, также имеет смысл разрешить подключать солнечные батареи к распределительной сети и при соответствии всем требованиям безопасности упростить процесс выдачи таких разрешений организациями, контролирующими сетевое хозяйство. Это поднимет интерес к ФЭС в несколько десятков раз. Обеспечив еще и привлекательный тариф на солнечное электричество, правительство может добиться высоких темпов внедрения солнечной энергетики в России. 

К настоящему времени основным способом прямой утилизации солнечной энергии является преобразование ее в электрическую и тепловую. Это главная задача человечество.

Солнечная энергетика в России может быть с успехом использована и в городах и районах с централизованным электрообеспечением. Примером здесь может служить опыт развитых стран, где солнечная энергия активно используется для автономного освещения подъездов жилых домов, рекламных щитов и т.п. Предприятия малого и среднего бизнеса используют солнечные системы для сокращения издержек в процессе производства и эксплуатации своих объектов.

Глава 2. Состояние и перспективы возобновляемых природных источников энергии в России

1. Перспективы применения альтернативных источников энергии в РФ

Как известно, интерес к альтернативной энергетике в мире вызван, в первую очередь, истощением природных ресурсов. В Российской Федерации, к счастью, нет дефицита традиционных энергоносителей — наша страна на долгие годы вперед обеспечена ископаемым топливом. Однако использование альтернативных и возобновляемых источников энергии интересно и для России.

На территории РФ альтернативные источники могут применяться в разных областях. Во-первых, ВИЭ позволяют обеспечить энергией северные районы, а также другие труднодоступные и удаленные уголки страны, не подключенные к централизованным энергосистемам. Завоз топлива в такие районы очень дорог и проблематичен, в связи с чем стоимость электроэнергии, выработанной на основе привозного топлива, становится неприемлемо высокой.

Другой сферой возможного применения альтернативных источников энергии в РФ может стать создание генерирующих мощностей в энергодефицитных районах, где постоянно происходят аварийные отключения электричества. В таких регионах сегодня проживает более 15 миллионов россиян. Ненадежное электроснабжение не только создает неудобства для жителей, но и наносит серьезный ущерб промышленности и сельскому хозяйству. Использование альтернативных источников — в первую очередь, энергии ветра, микро-ГЭС и биомассы — позволило бы существенно сократить потери.

В перспективе нетрадиционные ВИЭ — солнечные коллекторы, биогенераторы, тепловые насосы, ветроустановки — смогут снабжать электричеством и теплом отдаленные изолированные поселения, семейные фермы и загородные дома. В число потребителей альтернативных источников в будущем могут войти предприятия лесной и рыбной промышленности, нефтяные и газовые платформы, радары и маяки, а также метеорологические, коммуникационные, археологические и геологические станции.

По мнению экспертов, наша страна обладает значительными ресурсами ВИЭ: энергия ветра, солнца, биомассы, геотермальная энергия и гидроэнергетические ресурсы малых рек. Ученые считают, что практически в каждом регионе России имеется хотя бы один тип альтернативных источников, использование которого может быть целесообразным и оправданным с коммерческой точки зрения.

К сожалению, несмотря на огромный потенциал ВИЭ в России, практическое применение альтернативных источников пока что сильно затруднено. По словам отечественных экспертов, сегодня в России на базе нетрадиционных ВИЭ получают лишь 4% тепла. Что касается производства электроэнергии, то, согласно данным за 2008 год, посредством альтернативных источников в нашей стране вырабатывается менее 1% от общего объема произведенной электроэнергии. Другими словами, по темпам развития альтернативной энергетики Россия сильно уступает многим странам мира.

Биотопливо, получаемое из пищевого сырья, (т. н. биотопливо первого поколения) в России практически не производится. По причине высоких цен на масличные культуры биодизель отечественного производства неконкурентоспособен ни на внутреннем, ни на внешнем рынках. Что касается этанола, то у нас нет излишков кукурузы, необходимых для его рентабельного производства. Кроме того, в России цены на кукурузу значительно выше, чем во многих других странах, а акцизный налог на этанол очень высок.

Сегодня основной сферой интересов российских ученых и производителей в области альтернативной энергетики является биотопливо, получаемое из растительной целлюлозы, — целлюлозный этанол. Сырьем для него служат трава, опилки, солома и прочие непищевые отходы, поэтому производство такого этанола не сказывается негативно на пищевом балансе страны. К сожалению, пока что себестоимость целлюлозного этанола существенно выше, чем зернового. Но прогресс не стоит на месте, и производство биоэтанола постепенно дешевеет.

Развитие альтернативной энергетики в РФ сдерживается не только высокой себестоимостью энергии, получаемой с помощью ВИЭ, но и отсутствием в стране необходимой нормативно-правовой базы, а также хорошо проработанных федеральных и региональных программ поддержки. Информированность россиян о современных ресурсах, технологиях и возможностях возобновляемых источников энергии, по мнению экспертов, тоже оставляет желать лучшего.

Правда, сейчас отношение государства к альтернативной энергетике и роли ВИЭ в энергетике будущего стало меняться. Экологические требования к традиционным электростанциям становятся жестче, совершенствуется оборудование для производства энергии путем внедрения нетрадиционных технологий, в результате чего альтернативная энергия становится все более конкурентоспособной и перспективной.

2.2.Наиболее распространенные возобновляемые источники энергии в России

Самым распространенным возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика, которая распространена как и в России, так и по всему миру. Примерно 20% мировой выработки электроэнергии приходится на ГЭС.

Происходит активное развитие мировой ветроэнергетики: суммарные мощности ветрогенераторов удваиваются каждые четыре года, составляя более 150 000 МВт. Например, в Дании 20% электроэнергии вырабатывается энергией ветра.

Доля солнечной энергии относительно небольшая, но имеет положительную динамику роста. Так же геотермальная энергетика имеет особое местное значение. Вот например, в Исландии такие электростанции вырабатывают примерно 25% электроэнергии.

          Рис.3 Структура возобновляемых источников энергии

Правительством РФ заданы высокие темпы развития возобновляемой энергетики: доля ВИЭ в производстве электроэнергии в стране должна увеличиться с 0,9% до 4,5% в 2020 г. Возобновляемая энергетика пока затратный проект, но необходимый в современных условиях.

Возобновляемая энергетика нуждается в государственной поддержке, а поскольку производство электроэнергии и тепла практически полностью находится в частных руках, реализация проектов в области возобновляемой энергетики должна осуществляться на принципах государственно-частного партнерства.

 Средняя стоимость 1 кВт установленной  мощности на американских АЭС, вводившихся в эксплуатации в  середине 80-х годов, составляла 3500-4000 $ США, а для атомных энергоблоков, ввод в строй которых ожидается  в краткосрочной перспективе, величина  этого показателя (по данным фирм-производителей) не будет превышать 1500 $ США/кВт.

2.3.Роль возобновляемых  источников энергии и их воздействие  на окружающую среду

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются ВИЭ, на которых происходит процесс сжигания органического топлива. Ветровые и солнечные установки, мини-ГЭС в процессе эксплуатации не загрязняют атмосферу.

Рис.4 Показатели источников энергии

С точки зрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернативные источники электричества вполне надежны. К сожалению, они никак не решают проблему сокращения запасов сырой нефти, которая по-прежнему необходима для транспорта.

Пассивные солнечные нагревательные системы весьма рентабельны, и имеет смысл включать их в проекты всех новых зданий. Однако, пока еще существующие и используемые здания не изменятся, потребление традиционных энергоресурсов не снизится; в лучшем случае замедлится его рост. Действительно сократить их использование могло бы повсеместное улучшение теплоизоляции зданий и установка в низ «задним числом» солнечных систем отопления и водонагрева. В таком случае появится возможность перебросить часть мазута, потребляемого в бытовых целях, на нужды транспорта. Однако в самом благоприятном случае проблемы будущего дефицита сырой нефти, необходимой для производства, автомобильного горючего.

Поэтому необходимо сконцентрировать особое внимание на транспортном секторе.