Наукова робота. Перспективи альтернативної енергетики в місті Костянтинівка

Роботу виконав:
Орлов Дмитро Олександрович,
учень 8- А класу
Костянтинівської загальноосвітньої
школи І-ІІІ ступенів № 2
Костянтинівської міської ради Донецької області

Науковий керівник:
Виноградна Ольга Вікторівна
вчителька хімії та біології
Костянтинівської загальноосвітньої
школи І-ІІІ ступенів № 2
Костянтинівської міської ради Донецької області,
лауреатка V Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ – 2020” за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК” у номінації „Хімія”

Вступ

Актуальність: енергозбереження з кожним роком стає все більш актуальною проблемою. Обмеженість природних невідновлюваних ресурсів, висока ціна, негативний вплив на навколишне середовище, пов`язаний з виробництвом енергії – всі ці фактори викликають необхідність знижувати використання природних традиційних джерел енергії та пошук їх альтернативної заміни.

Сьогодні енергетика в світі базується на невідновлюваних джерелах енергії. В якості головних енергоносіїв виступають нафта, газ і вугілля. Найближчі перспективи розвитку енергетики пов’язані, перш за все, з тим, щоб спробувати зменшити використання рідкого палива. Виснаження ресурсів змушує впроваджувати ресурсозберігаючу політику на рівні держави, широко використовувати вторинну сировину.

Альтернативні джерела енергії – відновлювані джерела енергії, до яких належать: сонячна, вітрова, геотермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів, та вторинні енергетичні ресурси, до яких належать доменний та коксовий гази.[4]

На сьогоднішній день альтернативні джерела енергії складають, за різними оцінками, від 4 до 8 відсотків загального обсягу світової енергетики.

Міжнародне енергетичне агентство вважає, що в 2030 році в світі кількість енергії, одержаної від сонця, вітру, води, тепла землі, а також з біомаси, збільшиться в два рази порівняно із сьогоднішнім днем і складе 16 відсотків від всього виробництва. Ще оптимістичніше оцінює ситуацію Європейський галузевий союз поновлюваних джерел енергії. На його думку, до 2030 року частка альтернативної енергії виросте до 35 відсотків. Європейська комісія вважає, що в 2020 році в Європі п’ята частина енергії вироблятиметься з екологічно безпечних джерел.

Розвиток та використання альтернативних та відновлювальних джерел енергії є вагомим фактором для зміцнення енергетичної безпеки та зменшення негативного техногенного впливу на навколишнє природне середовище. Важливість розвитку альтернативної енергетики є очевидною, адже вона відіграє вирішальну роль у зменшенні парникових викидів, знижені негативного впливу на довкілля, підвищує безпеку енергопостачання, допомагає зменшити залежність від імпорту енергії.[1]

Мета роботи: пошук варіантів використання найбільш перспективних альтернативних джерел енергії в місті Костянтинівка.

Завдання: 1) вивчити існуючі альтернативні джерела енергії;

2) порівняти перспективи використання альтернативних джерел енергії, враховуючи їх переваги та недоліки;

3) запропонувати можливі варіанти використання альтернативних джерел енергії в нашому місті.

Об’єкт вивчення: альтернативні джерела енергії.

Предмет вивчення: основні характеристики альтернативних джерел та їх порівняння у зв’язку з можливостями використання в нашому місті.

1. Огляд альтернативних джерел енергії

1.1 Усвідомлення необхідності використовувати альтернативну енергетику – законодавча база.

 Ефективність державної політики у сфері альтернативної енергетики залежить, у першу чергу, від ефективності нормативно-законодавчої бази, яка покликана створювати сприятливі умови для роботи на українському ринку відновлюваної енергетики. Основними законами, що регулюють правовідносини у сфері альтернативної енергетики є Закон України „Про альтернативні джерела енергії”, прийнятий Верховною Радою України 20 лютого 2003 р. 26 вересня 2008 р. Верховна Рада України ухвалила Закон про „зелені тарифи” на електричну та теплову енергію, 17 лютого 2009 р. Верховна Рада України прийняла Закон про внесення змін до деяких законодавчих актів України з питань оподаткування, щодо стимулювання використання альтернативних джерел енергії та видів палива. 1 квітня 2009 р. Президентом України був підписаний Закон про внесення змін до Закону України „Про електроенергетику” щодо стимулювання використання альтернативних джерел енергії. Більшість фахівців-енергетиків позитивно оцінюють прийняття Закону про „зелений тариф”, згідно з яким, оптовий ринок електричної енергії України зобов’язаний купувати по „зеленому тарифу” електричну енергію, що добута з альтернативних джерел енергії. „Зелений тариф” затверджується Національною комісією регулювання електроенергетики України для суб’єктів господарювання, які є виробниками електричної енергії на альтернативних джерелах, строком на 10 років. Суттєвим законодавчим кроком на шляху до розвитку альтернативної енергетики можна вважати надання податкових пільг енергокомпаніям, що працюють на альтернативних джерелах енергії, вивільнені кошти за рахунок наданих пільг мають направлятись на здешевлення вартості продукції. Згідно з внесеними змінами до Закону України „Про податок на додану вартість”, до 1 січня 2019 р. звільняються від оподаткування операції з ввезення на митну територію України обладнання для виробництва енергії з альтернативних джерел енергії, якщо таке обладнання не виробляється на митній території України. Закон про внесення змін до Закону України „Про електроенергетику” встановлює чіткі схеми обрахунку так званого „зеленого тарифу” для кожної галузі альтернативної енергетики, залежно від кількості енергії, яку вона виробляє. Такий крок робить більш прозорими схеми встановлення тарифу для конкретної енергокомпанії. Зазначений порядок стимулювання виробництва електроенергії з альтернативних джерел енергії застосовується за умови, що, починаючи з 1 січня 2012 року, питома вага сировини, ресурсів, основних фондів, робіт та послуг українського походження у вартості будівництва відповідного об’єкта електроенергетики становить не менше 30 %, а, починаючи з 1 січня 2014 року, – 50 %. Додатковою умовою застосування визначеного порядку стимулювання виробництва електроенергії за допомогою геліоустановок, є використання, починаючи з 1 січня 2011 р., на об’єктах електроенергетики сонячних модулів, у вартості виробництва яких питома вага сировини українського походження становить не менше, ніж 30 %.

Представники компаній, що працюють на українському ринку альтернативної енергетики, зазначають, що існуюче законодавство недосконале та потребує значних доповнень та уточнень. Зокрема, наголошується на тому, що процедура отримання пільг у вигляді звільнення від податку на прибуток є досить складною та забюрократизованою. Такі пільги може отримати підприємство, яке занесено до спеціального Державного реєстру. Для того, щоб потрапити в реєстр, треба пройти відповідну експертизу Державної інспекції з енергозбереження, однак відповідну інструкцію було розроблено лише для енергоефективних проектів, а механізм проведення подібних експертиз для виробників обладнання не визначено. Щодо положення закону, згідно з яким вивільнені кошти мають направлятись на здешевлення продукції, то механізми контролю за тим, чи дійсно ці кошти направляються на зазначені законом цілі, не визначені. Не чітко визначений механізм отримання „зеленого тарифу” в Законі про „зелений тариф”. Більшість експертів наголошують на тому, що проблемним моментом у процедурі отримання „зеленого тарифу” є досягнення домовленостей з обленерго, які знаходяться у приватній власності, тому виникають проблеми з укладанням відповідних договорів. Не врегульовані питання компенсації витрат енергокоманій, працюючих на альтернативних джерелах, за підключення до єдиної електромережі [8].

1.2 ВІТРОВА ЕНЕРГІЯ

Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Кліматичні умови дозволяють розвивати вітроенергетику на величезній території.

За оцінками різних авторів, загальний вітроенергетичний потенціал Землі рівний 1200 ТВт, проте можливості використання цього виду енергії в різних районах Землі неоднакові.

Енергія, що міститься в потоці рухомого повітря, пропорційна кубу швидкості вітру. Проте, не вся енергія повітряного потоку може бути використана, навіть за допомогою ідеального пристрою. Теоретично, коефіцієнт корисної дії енергії повітряного потоку може бути рівний 59,3 %. На практиці, згідно опублікованим даним, максимальний ККД енергії вітру в реальному вітроагрегаті рівний приблизно 50 %, проте і цей показник досягається не при всіх швидкостях, а тільки при оптимальній швидкості, передбаченій проектом. Крім того, частина енергії повітряного потоку втрачається при перетворенні механічної енергії в електричну, яке здійснюється з ККД звичайно 75-95 %. Враховуючи всі ці чинники, питома електрична потужність, видавана реальним вітроенергетичним агрегатом складає 30-40 % потужності повітряного потоку за умови, що цей агрегат працює в діапазоні швидкостей, передбачених проектом. Проте, іноді вітер має швидкість, що виходить за межі розрахункових. Швидкість вітру буває настільки низькою, що вітроагрегат зовсім не може працювати, або настільки високою, що вітроагрегат необхідно зупинити і вжити заходи для його захисту від руйнування. Якщо швидкість вітру перевищує номінальну робочу швидкість, частина отриманої механічної енергії вітру не використовується, щоб не перевищувати номінальної електричної потужності генератора. Враховуючи ці чинники, питоме вироблення електричної енергії протягом року складає 15-30% енергії вітру, або навіть менше, залежно від місцеположення і параметрів вітроагрегата [2].

Принцип дії всіх вітродвигунів один: під натиском вітру, обертається вітрове колесо з лопатями, передаючи момент, що крутить , через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Чим більший діаметр вітрового колеса, тим більший повітряний потік воно захоплює, і тим більше енергії виробляє агрегат.

За типами вітрові двигуни поділяють на дві групи ( мал. 1):

1) вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання (крильчаті) (2-5);

2) вітродвигуни з вертикальною віссю обертання (карусельні: лопатеві (1) і ортогональні (6).

Мал. 1. Типи вітродвигунів

Коефіцієнт використання енергії вітру у крильчастих вітродвигунів набагато вище, ніж у карусельних. В той же час, у карусельних – набагато більше момент обертання. Він максимальний для карусельних лопатевих агрегатів при нульовій відносній швидкості вітру.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менше 6 м/с. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Карпат. Треба звернути увагу на те, що при швидкості вітру 33 км/год, збільшення 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 більше 58 кілометрів за годину – можливе пошкодження двигуна.

Невеликі вітроенергетичні станції знайшли застосування декілька десятиліть тому. Найбільша з них, потужністю 1250 кВт, давала струм в мережу електропостачання американського штату Вермонт безперервно з 1941 по 1945 р.

Сьогодні вітроенергетичні агрегати надійно забезпечують струмом нафтовиків; вони успішно працюють в труднодоступних районах, на дальніх островах, в Арктиці, на тисячах сільськогосподарських ферм, де немає поблизу крупних населених пунктів і електростанцій загального користування.

Про впровадження новітніх технологій з використанням сонця, вітру та води говориться у нас уже протягом принаймні десятиліття. 2011 рік вважався роком народження сучасної вітроенергетики України. Тоді були встановлені перші сучасні вітрові турбіни на Новоазовській вітровій електростанції на узбережжі Азовського моря. За ними вітрові електростанції почали з’являтись в інших областях України. А в 2015 році введено в експлуатацію першу чергу першої вітрової електростанції в українських Карпатах «Старий Самбір-1» [10].

При використанні енергії вітру виникає серйозна проблема: надлишок енергії в негоду та недолік її в періоди безвітря. Як же накопичити і зберігти енергію вітру?

Простий спосіб полягає у тому, що вітряне колесо рухає насос, який накачує воду в розташований вище резервуар, а потім, вода, зтікаючи з нього, приводить в дію водяну турбіну і генератор постійного або змінного струму. Існують інші способи і проекти: від звичних, хоча і малопотужних, акумуляторних батарей до розкручування гігантських маховиків, нагнітання стислого повітря в підземні печери, виробництво водню, як палива. Особливо перспективним є останній спосіб. Електричний струм від вітроагрегату розкладає воду на кисень і водень. Водень можна зберігати в зрідженому вигляді і спалювати на теплових електростанціях за потребою [1].

Переваги використання енергії вітру. Це екологічно-чистий вид енергії. Виробництво електроенергії за допомогою “вітряків” не супроводжується викидами вуглекислого чи будь-якого іншого газу; вітрові електростанції займають мало місця і легко вписуються в будь-який ландшафт, а також відмінно поєднуються з іншими видами господарського використання території. Крім цього, енергія вітру, на відміну від викопного палива, невичерпна, а для віддалених місць встановлення вітрових електрогенераторів може бути найкращим і найдешевшим рішенням проблеми енергозабезпечення.

До недоліків належить нестабільність, яка полягає в відсутності гарантій отримання необхідної кількості електроенергії. На деяких ділянках земної поверхні сили вітру може виявитися недостатньо для вироблення необхідної кількості електроенергії.

До того ж, вітрові генератори значно поступаються у виробленні електроенергії дизельним генераторам, що призводить до необхідності встановлення відразу декількох турбін. Крім того, вітрові турбіни неефективні в період пікових навантажень.

Насторожує також висока вартість установки, адже 1 МВт становить 1 мільйон доларів.

До уваги береться також шум від «вітряків», який може заважати як диким тваринам, так і людям, які проживають поблизу.[10]

Сьогодні в Україні працює шість вітрових електростанцій: Аджигольська, Асканієвська, Донузлавська, Новоазовська, Сакська й Трускавецька ВЕС. Їхня загальна потужність, що генерується, становить трохи більше 70 МВт. За оцінками вчених, теоретичний вітропотенціал території України становить 330 млн. МВт, що більш ніж у 6 000 разів перевищує загальну потужність, що генерується, нашої енергосистеми. Реальною перспективою для України є створення вітрових потужностей, які генеруються, в розмірі 16 000 МВт (в еквіваленті це 16 атомних енергоблоків). Слід зазначити, що у світі вітрова енергетика розвивається досить інтенсивно й у деяких країнах випереджає за показниками інші енергетичні галузі. Лідируючими країнами в освоєнні енергії вітру є США, Німеччина й Данія.

1.3 Енергія сонця

Одне з найпомітніших місць серед альтернативних джерел енергії займає сонячна енергетика . 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. За рахунок розкладання органічних речовин задовольняються енергетичні потреби всіх інших компонентів екосистем.

Розраховано, що приблизно такої ж частини 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 користуватися енергією сонця, або ні, на енергетичному балансі Землі і стані біосфери це ніяк не позначиться. 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. Також 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.

Крім того, цей сектор енергетики є одним із швидко зростаючих, що спонукає фахівців приділяти йому особливу увагу. За оцінками експертів, світовий ринок сонячних елементів щорічно зростає більш ніж на 30 відсотків. Чим же обумовлена така популярність сонячної енергетики? По-перше, сонячна енергія доступна в кожному кутку нашої планети, розрізняючись по щільності потоку випромінювання не більше ніж удвічі. По-друге, сонячна енергія – це екологічно чисте джерело, що дозволяє використовувати його у все зростаючих масштабах без негативного впливу на навколишнє середовище .

Сфокусувати сонячне проміння можна за допомогою увігнутого дзеркала, яке є основною частиною гелиоконцентратора, приладу, в якому паралельне сонячне проміння збирається. Якщо в фокус дзеркала помістити трубу з водою, вода нагріється. Так працюють сонячні перетворювачі прямої дії. Дзеркала в цих установках використовуються або традиційні – скляні, або з полірованого алюмінію. Найефективніші концентратори сонячного випромінювання ( мал. 2) мають такий вигляд:

Мал. 2. Форми концентраторів сонячної енергії
1.циліндрового параболоїда (а);
2.параболоїда обертання (б);
3.пласко-лінейної лінзи Френеля (в).

Фірма Loose Industries на сонячно-газовій електростанції в Каліфорнії використовує систему параболо-циліндричних довгих віддзеркалювачів, що мають вигляд жолоба. У його фокусі проходить труба з теплоносієм – дифенілом, що нагрівається до 350°С. Жолоб повертається для стеження за сонцем тільки навколо однієї осі. Це дозволило спростити систему стеження за сонцем. Сонячна енергія може безпосередньо перетворюватися в механічну. Для цього використовується двигун Стірлінга. Якщо у фокусі параболічного дзеркала діаметром 1,5 м встановити динамічний перетворювач, що працює за циклом Стірлінга, одержуваної потужності (1 кВт) досить, щоб піднімати з глибини 20 метрів 2 м³ води в годину.

Денна продуктивність на широті 50° приблизно дорівнює 2 кВт/ч з квадратного метра. Температура води в баку-акумуляторі досягає 60-70°. ККД установки – 40%.

Теплові концентратори це – дерев’яні, металеві, або пластикові короби, з одного боку закриті одинарним або подвійним склом. Всередину короба для максимального поглинання сонячного проміння вставляють хвилястий металевий лист, забарвлений в чорний колір. У коробі нагрівається повітря або вода, які періодично або постійно відбираються звідти за допомогою вентилятора або насоса[6].

До переваг сонячної енергії також можна віднести ще ряд фактів. Так типова сонячна система, виготовлена на базі монокристалічної кремнієвої технології, генерує протягом терміну своєї експлуатації більше енергії, ніж було витрачено на її виробництво. Наприклад, стандартна сонячна батарея наземного застосування, виконана за найбільш поширеною технологією гарантовано служить 20-25 років, повертаючи витрачену на своє виробництво електроенергію в перші 2 роки експлуатації. Крім того, вартість електроенергії, виробленої за допомогою прямого перетворення сонячного випромінювання, постійно знижується Для повного задоволення потреби всього Євросоюзу в електроенергії при нинішньому технічному рівні розвитку сонячної енергетики необхідно освоїти близько 0,7% від його загальної площі. Проте ці площі не конкурують з корисними землями, оскільки для розміщення сонячних батарей використовуються дахи, фасади будівель, шумові загороди автобанів та інші об’єкти. Тобто наявність вільного простору не є обмежуючим чинником для розвитку сонячної енергетики.

З технічної точки зору переваги сонячних систем полягають у відсутності необхідності використовувати яке-небудь паливо, рухомих частин, що зношуються, проведення складного технічного обслуговування для підтримки системи в працездатному стані. Значною перевагою є їх модульність, що дає можливість швидкого монтажу в місцях експлуатації, відсутність експлуатаційного шуму і джерел шкідливих викидів.

 Програми стимулювання розвитку сонячної енергетики діють в багатьох розвинених країнах. Найбільш помітними з них є програми “Сто тисяч дахів в Німеччині”, “Мільйон дахів в США” і “Мільйон дахів в Японії”.

За оцінками фахівців, загальний об’єм “сонячного” сектора енергетики в Україні складає близько 2 млрд. кВт-год електроенергії на рік. А ще є величезний потенціал розвитку даного напряму, починаючи від початкової сировини до готових систем. І можливості для розвитку ланцюжка по перетворенню сонячного випромінювання в електричну енергію, починаючи з сировини для виробництва кремнію і закінчуючи монтажем готових систем, в Україні також є. Такий підхід сьогодні спостерігається в стратегії розвитку ВАТ “Квазар”, яке замикає велику частину виробничого циклу від вирощування напівпровідникового матеріалу до інсталяції готових фотоелектричних систем електропостачанні. У наші дні найбільш помітним гравцем на ринку виробництва “сонячного” кремнію є ЗАТ “Піллар”, що поставляє свою продукцію багатьом зарубіжним виробникам сонячних елементів, серед яких найбільша німецька компанія Q–Cells. Промислове виробництво сонячних елементів і сонячних батарей відбувається на київському заводі “Квазар”, науково-технічні напрацювання якого разом з можливістю розвернути величезні виробничі потужності за наявності достатньої кількості сировини дали б змогу Україні посісти гідне місце на світовому ринку постачальників компонентів для сонячних електростанцій.

В результаті цього, сонячна енергетика в Україні зростає просто вибуховими темпами. З 2014 року по 2017 рік сумарна потужність СЕС збільшилася майже в два рази: з 411 МВт до 742 МВт. Причому збільшується і темп зростання потужностей: якщо в 2015 році було введено 30 МВт потужностей, то в 2016 р.- вже 121 МВт, а в 2017 р.- 257 МВт.

Особливу роль у розвитку української сонячної енергетики займають приватні СЕС. Як відомо, в Україні будь-який домовласник може встановити сонячну станцію потужністю до 30 кВт. Тільки за 2016 рік таким правом скористалися 700 осіб. За 2017 рік ще 1200 домогосподарств встановили СЕС. На початку 2017 року в Україні працювало близько 1000 приватних сонячних станцій, а наприкінці – 2 323! І в цьому сегменті спостерігається постійне прискорення темпу зростання потужностей, введених в експлуатацію.

Представники Держенергоефективності поділилися інформацією про те, що за минулі три роки українці інвестували майже 52 млн. євро в будівництво сонячних електростанцій. З одного боку, це наслідок світових екологічних трендів, з іншого – стрімкого попиту на альтернативну енергетику, зокрема сонячну, який був викликаний прийняттям у 2015 році закону про «зелений» тариф.

 Щоб стимулювати населення, у Львівській області, наприклад, домогосподарствам повертають 10% суми кредиту на сонячні панелі, а в Житомирській – 20% суми кредиту. У той же час міська влада Хмельницького і Бродів (Львівська обл.) відшкодовують 10% вартості робіт по установці сонячних електростанцій.

На сонячну енергію переходять господарства у всіх регіонах країни, однак топ-5 складають: Київська, Дніпропетровська, Тернопільська, Івано-Франківська та Херсонська області.[9]

1.4 Гідроенергетика

Раніше за все люди навчилися використовувати енергію річок. Переваги гідроелектростанцій очевидні: постійно відновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища.

Витрати на будівництво ГЕС високі, але вони компенсуються тим, що не доводиться платити за джерело енергії – воду. Потужність сучасних ГЕС, спроектованих на високому інженерному рівні, перевищує 100 МВт, а ККД складає 95% . Така потужність досягається при досить малих швидкостях обертання ротора, тому сучасні гідротурбіни вражають своїми розмірами.

Але поки людям служить лише частина гідроенергетичного потенціалу Землі. Щорічно величезні потоки води, утворені від дощів і танення снігів, зтікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб, людство одержало б додатково колосальну кількість енергії.

Україна практично не використовує енергію малих річок. Турбіни малої потужності вже виготовлені і чекають свого упровадження. Мікро – ГЕС – це екологічно чисті підприємства, вони могли б забезпечувати електроенергією туристські підприємства, служби заповідників і інші видалені точкові об’єкти.

До об’єктів малої гідроенергетики відносяться: міні – ГЕС – потужністю до 100 кВт, мікро-ГЕС – до 100 кВт і власне малі ГЕС – 15-25 МВт. [2].

1.5 Енергія біомаси

В агропромисловому комплексі України (за даними Держкомстату) накопичується біомаса, енергетичний потенціал якої міг би задовольнити до 10% від загального споживання енергії в Україні. Біомаса розглядається як сировина для виробництва рідкого палива для транспортних засобів та пального газу і деревного вугілля як енергоносіїв для існуючих енергоустановок (газових і пиловугільних котлів).

Серед різних видів альтернативних джерел енергії в Україні біопаливо перебуває на провідних ролях. Сьогодні біомасу як паливо використовують в обсязі лише близько 1 млн т умовного палива, тому значну кількість біомаси, придатної для виробництва енергії, знищують або вивозять на звалища. Україна належить до країн із високим біоенергетичним потенціалом та темпами зростання біоенергетики. Згідно з офіційними даними, сектор біоенергетики у нашій країні щороку стабільно зростає. Свідченням тому є заміщення біопаливом близько 3 млрд м³ природного газу у 2014 році. Сумарні ресурси основних видів біомаси, придатної для енергетичного використання, за сучасних обсягів господарської діяльності в Україні становлять близько 20 млн т умовного палива на рік.

Загальна кількість встановлених котлів, які працюють на біомасі у муніципальному секторі України (централізоване теплопостачання і бюджетна сфера), зросла з 561 у 2012 р. до 1787 у 2016 р., а встановлена потужність із 285 до 1134 МВт відповідно. Середньорічний темп зростання ринку котлів на біомасі у муніципальному секторі України становить близько 50%[8].

Біомаса – це не лише рослинна органічна речовина (зернові культури, кукурудза, соняшник, відходи деревини), але й гній, газ звалищ. При цьому установки анаеробної переробки біомаси з отримання біогазу, тобто біогазові, виконують також роль очисних споруд, бо переробляють органічні відходи у нейтральні мінеральні продукти. Якщо установки для використання вітрової чи сонячної енергії є пасивно чистими, то біогазові – активно чистими, оскільки зменшують екологічну небезпеку тих продуктів, які використовують у якості джерела енергії. Наприклад, технологія метанового зброджування гною дає змогу отримувати біогаз і запобігає бактеріальному, хімічному забрудненню ґрунту, води, повітря, до якого призводять процеси, що відбуваються у накопичувачах гною. Водночас виробляються високоякісні добрива, білково-вітамінні кормові добавки, тож ця технологія практично є безвідходною.

Пріоритетами розвитку біоенергетики є створення котелень для спалювання відходів деревини та соломоспалювальних, електростанцій із використанням біогазу звалищ, дооснащення існуючих теплових електричних станцій для спалювання побутових та промислових органічних відходів. Перевагою на користь біопалива є можливість використання відходів виробництв та побічної продукції рослинництва. Недоліків використання біопалива фактично немає.[12]

Отримання промислового біогазу рослинного і тваринного походження можливе за рахунок їх зброджування з отриманням метану і знезаражених органічних добрив. Теплоутворююча здатність 1 м³ біогазу, що складається з 50-80% метану і 20-50% вуглекислого газу, дорівнює 10-24 МДж і еквівалентна 0,7-0,8 кг умовного палива.

Проблема утилізації твердих відходів є дуже гострою. Вихід сміття складає 250-700 кг на душу населення в рік, збільшуючись на 4-6% в рік, випереджаючи приріст населення.[8]

Вирішення проблеми переробки сміття знайдене у використанні технології твердофазного зброджування на облаштованих полігонах з отриманням біогазу. Ця технологія найдешевша, не оперує з токсичними викидами і стоками.

У світі діють десятки установок для отримання із сміття біогазу, який можна використати для виробництва електроенергії і тепла сумарною потужністю сотні МВт. Біогаз частково спалюється в топках казанів, що нагрівають технічну воду, частково подається в дизель-генератор. Перегнійна маса, що перебродила, використовується як повноцінне органомінеральне добриво. Добування біогазу складає 500 м³/сут.

Виробництво біогазу в деяких зарубіжних країнах вже зайняло провідне місце в енергетичному балансі сільського господарства.

За оцінками фахівців ЄС для виробництва тих обсягів біопалива, які забезпечили б певний у Директиві 2003/30/ЕС рівень заміщення рідкого палива викопного походження (25% у 2030 р.), знадобиться задіяти від 4 до 13% всіх сільськогосподарських земель Європи [1] . З одного боку, це може призвести до розвитку сільськогосподарського сектора, створенню робочих місць та покращенню інфраструктури цих районів. З іншого боку, це може викликати скорочення виробництва продуктів харчування, які також є дефіцитними вже сьогодні, і, як наслідок, привести до погіршення демографічної ситуації.

В умовах України, при врожайності ріпаку в 1,5-2 рази нижчій, ніж європейська, ці площі будуть ще більшими. Так, для еквівалентної заміни приблизно 1,9 млн. т дизельного пального, яке споживається аграрним сектором щорічно, необхідно виробити майже 2,2 млн. т біодизеля, для отримання якого потрібно було б засівати від 25 до 42% всіх орних земель.

2. Перспективи розвитку альтернативної енергетики в Донецькій області та в нашому місті.

Для Донецької області як найбільшого промислового регіону України проблеми енергозбереження, ефективного використання енергії та охорони навколишнього середовища є надзвичайно актуальними. Саме в Донецькому регіоні знаходиться найбільша кількість енергоємних підприємств, які споживають четверту частину загальної кількості енергоресурсів усієї країни. Енергетика області представлена тепловими електростанціями, які переважно використовують вугілля та є потужними джерелами забруднення навколишнього середовища. У 2003 р. Донецькою обласною державною адміністрацією спільно з компанією «Вінденерго» була розроблена «Програма заміни потужності теплових електростанцій вітряними енергетичними станціями». Програма передбачає збільшення частки електричної енергії, яка виробляється за допомогою вітряних генераторів, до 20-30 % від загального об’єму виробленої електроенергії. За оцінками експертів, Донецька область має значний потенціал розвитку альтернативних джерел енергії, перш за все, енергії вітру та сонця. Тільки за два останні роки використання екологічно чистих видів енергії дозволило зоощадити нашій області 3 млрд грн[11]. У Донецькому регіоні поки що не застосовуються вітрогенератори для індивідуального використання, хоча на території Донецької області середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м більша, ніж 5 м/с, що є сприятливим для їх застосування.

У місті Краматорськ Донецької області розташоване підприємство Furlander Windtechnology, що спеціалізується на виготовленні вітрових турбін за німецькою технологією. Число виготовлених вітрових установок за рік може сягнути сотні. Потужність таких турбін складає 3 МВт. Одна вітрова установка виробництва Furlander Windtechnology здатна задовольнити енергетичні потреби поселення з кількома тисячами мешканців. У Краматорську виробляють основні складові частини установок, а електричне приладдя до них завозять із-за кордону.

Один мегават потужності даної вітрової установки вітчизняного виробництва коштує близько одного мільйона євро. Якщо порівнювати з ціною на установки для вугільних ТЕС, то вітряки потребують більших капіталовкладень. Наприклад, встановлені на Слов’янській теплоелектростанції два нових блоки потужністю по 330 МВт кожен оцінюються у 850 000 євро[13].

КП „Вода Донбасу” розглядає можливість створення власного виробництва електроенергії шляхом будівництва фотогальванічної електростанції (на сонячній енергії – ред.). Вартість даного проекту складає 880 млн грн. Термін реалізації – 2 роки. Термін окупності – 2,5 року. Розрахунковий прибуток від реалізації даного проекту – 34 млн євро на рік. Асоціація фермерів „Агросервіс” (м. Волноваха, Донецька обл.) і АТ „Інвестиція” (м. Люблін, Польща) одержали дозвіл Антимонопольного комітету України на створення у м. Волноваха ТОВ „Спільне українсько-польське підприємство „Екотоп”. Створене підприємство здійснює виробництво біопалива – брикетів із соломи [3].

Мешканці Костянтинівки намагаються використовувати новітні пристрої для видобування альтернативної енергії. Наприклад, – сонячних батарей на дахах будинків та підприємств нашого міста стає все більше і більше. З`явились ліхтарі для освітлення вулиць та майданчиків, що працюють на сонячних батареях.

Також, я бачив за містом встановлені вітряки, але, вітрова енергія мало використовується в місті.

ПІДСУМКИ

Розглянуті в роботі альтернативні джерела енергії дають змогу розв`язати багато економічних і екологічних проблем. Вже немає ніяких сумнівів, що використання відновлюваних джерел енергії буде розвиватися швидкими темпами, беручи до уваги той факт, що вартість переходу з кожним роком дешевшає. Хоча вона залишається досить високою, і сучасна економічна ситуація в країні гальмує активне використання вітрової та біоенергетики, та все ж очевидно, що зоощадження невідновлюваних ресурсів та активне використання альтернативних – це не питання вибору, а необхідність.

В місті Костянтинівка розвивається використання сонячної енергетики, але вітрова та біоенергетика поки що не набули широкого розвитку. Для цього, крім державних програм, необхідно інформування населення, вводити спеціальні програми допомоги підприємцям, що вирішили використовувати альтернативні джерела від керівництва області та міста,спираючись на досвід інших областей України, впроваджувати заходи з екологічного виховання молоді. Наша область та наше місто мають великий потенціал впровадження альтернативної енергетики.

ЛІТЕРАТУРА

1. Бабієв Г.М., Дероган Д.В., Щокін А.Р. Перспективи впровадження нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії в Україні. // ЕЛЕКТРИЧНИЙ Журнал,- Запоріжжя: ВАТ “Гамма”,1998 №1, – С.63-64.
2. Дероган Д.В., Щокін А.Р. Перспективи використання енергії та палива в Україні з нетрадиційних та відновлюваних джерел.//Бюл. “Новітні технології в сфері нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії”, Київ: АТ “Укренергозбереження”,1999.- №2, – С.30-38.
3. http://www.niss.gov.ua/articles/232/ Національний інститут стратегічних досліджень
4. Львович М.І. ”Світові водні ресурси і їх майбутнє” – М.:Мысль, 1974 р. 448с.

5.Смірнов Г.Н. Океанологія, „Вища школа”, Москва, 1987 р.402 с.

6. 6. Скинер Б. „Хватит ли человечеству ресурсов? М.:Мир, 1989 р. -264ст.
7. www.alterenergy
8. http://www.bioresurs.com.ua
9. За даними сайту Екоцентр (www.ecosvit.net) «УКРАЇНА – лідер у розвитку сонячної енергетики серед країн колишнього СРСР » 02.26.2018

10. Плюси та мінуси впровадження альтернативної енергетики на Закарпатті http://uzhgorod.in/ua/novini/2016/fevral/plyusi_ta_minusi_vprovadzhennya_al_ternativnoyi_energetiki_na_zakarpatti
11. http://bio.ukrbio.com/ua/articles/2378/

12. Потенціал відновлюваних джерел енергії в Україні https://www.agroexpert.ua/ru/potencial-vidnovluvanih-dzerel-energii-v-ukraini12/12/2016

13. Куц Т. «Краматорське підприємство може виготовити до сотні вітрових турбін впродовж року».- https://alternative-energy.com.ua