Альтернативные источники энергии

Самыми ценными являются леса, которые имеют важное значение для сохранности разнообразных природных ресурсов, их выделяют в первую группу (около 21% лесного фонда). Леса второй и третьей групп несут в основномкоммерческое значение. Примерно 6% лесной территории России занимают заповедники, национальные парки, заказники.В некоторых странах быстрорастущие виды деревьев целенаправленно выращиваю в качестве топлива на энергетических плантациях. В Японии и Италии для такой цели выбраны эвкалипты, в Канаде выведена разновидность тополя, которыйувеличивает биомассу в 4 разабыстрее, чем в обычной природе. Выбросы углекислоты в атмосферу при сжигании древесины компенсируются активным фотосинтезом листвы. Для России такие методы менее важны, для нас актуальнее развивать транспортную инфраструктуру, включая в оборот труднодоступные лесные массивы.Одной из главных задач лесопромышленного комплекса является использование древесных отходов, включая зеленую массу лесозаготовок, и отходов лесоперерабатывающего производства (горбыль, опилки, кора, стружка, лигнин и т.д.). Также важно использованиетеплогенераторов на древесных отходах и переработку продуктов в жидкое и газообразное топливо.ТорфЭто горючее ископаемое, которое образуется в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений при избыточнойвлажности и небольшим доступом воздуха. Влажность торфа (в залежи) имеет значение 85…95%, зольность 2…30%, теплота сгорания сухой массы до 24 МДж/кг.Во всем мире месторождения торфа имеют площадь более 4 миллионов км2 и содержат более 3 млрд м3 этого топлива.Общие запасы торфа увеличиваются с каждым годом, их прирост является большим, чем расход. В Финляндии, Швеции, Ирландии доля торфа в приходной части энергетического баланса составляет от 10 до 20%. Россия по добыче торфа занимает четвертое место в мире, однако, является безусловным лидером по его запасам: месторождения торфа в России имеют площадь 1,5 млрд км2. Мировая добыча торфанесомненно растет, но в России добыча торфатак же неуклонно уменьшается. Причинойявляетсянедостаточное финансирование и отсутствие современных технологий добычи, обработки, сжигания.Торф в качестве топлива используют в большей мере в котельных для отопления маленьких городов и районов, однако, на нем изначально работали самые первые ТЭС, которые строились по плану ГОЭЛРО. Для большинства небольших городов и поселков, которые удалены от центра, перевод систем теплоснабжения на торф было бы гарантом энергетической безопасности. Например, для Ленинградской области торф – наиболее распространенный и доступный энергоресурс. Не беспокоясь об уменьшении запасов,там можно было бы добывать по 2,6 млн т торфа каждый год. В 2002 г. добыли 300 тысяч тонн. С другой стороны торф является источникомувеличения плодородности почвы, торфяные удобрения, торфоперегнойныебрикеты для рассады обширно применяются в сельском хозяйстве.БиогазМетановое брожение в результате переработки сельскохозяйственных и бытовых отходов дает возможность получить биогаз, содержащий примерно 70% метанаи оксида углерода ≈15%, еще и получать обеззараженное органическое удобрение. 1 кг органических отходов дает примерно 1 л биогаза. Теплота сгорания биогаза составляет 22…24 МДж/кг.Процесс брожения длится 5…7 суток. Ферментеры для получения биогаза нашли обширное применение в Китае, Японии, США. В современном мире и сельском хозяйстве, при повышающихсянуждах в топливе и удобрениях, переработка отходов агропромышленных комплексов, животноводческих ферм, скотобоен с применениембиогазовых технологий дает возможность найти решениевопроса сушки сена, зерна, отопления ферм и жилых помещений, производства электроэнергии.В КНР отдаленные сельские местности имеют газификациюпри помощиустановок, которые перерабатывают органические отходы сельскохозяйственной жизнедеятельности. Любая такая индивидуальная установка крестьянского двора может выдавать в год примерно 6500 кВт.ч. электроэнергии и 5 тонн органического удобрения. В России стоит вопрос производства и эксплуатации оборудования для пользования биогазом. Центр «ЭкоРос» создал независимыйбиогазоэнергетический модуль, в составекоторогоимеютсябиореакторы, отстойник, газгольдер для хранения биогаза, водогрейный котел и система раздачи газа для питания газовых плит и отопительных установок фермы. Модуль перерабатывает в сутки до 1 тонны отходов животноводческой фермы и дает до 230 кВт.ч тепловой энергии и до 40 нм3биогаза, содержащего около 60 % метана и до 15% оксида углерода.Полевые культуры и водорослиВ южных районах России уже давно как топливо используют солому, камыш. После обмолота стебли и початки кукурузы, подсолнечника сжигают для того, чтобы сушить зерно. После сбора урожая остатки культур можно использовать в качестве топлива.Самым активным образом процесс фотосинтеза органического вещества проходитв водорослях, а особенно в самых маленьких– фитопланктоне. Продуктивность образования органического вещества в водорослях оценивается как 5 кг на квадратный метр морской поверхности в год, что в 2…5 раз выше продуктивности леса. Морскими волнамивыбрасывается на берег огромное количество водорослей, которые затем применяют в качествеудобрения и топлива. Отмирание фитопланктона (сапропель) влечет за собой заиливание и заболачиваниеводоемов. Ведется исследование технологии добычи, сушки, сжигания водорослей и сапропеля, но в промышленной энергетике пока это не применяется.Бытовые отходыСистемы очистных сооружений городской канализации включают баки-аэротенки. В таких бакахвода канализации смешивается с присадками активного ила, микроорганизмы которого используют органические вещества канализационных вод в качестве питания и размножения. Это – аэробные микроорганизмы, для развития которыхсквозь воду аэротенков прокачивается воздух. Затем такая вода с содержанием активного иланаправляется в отстойники, а далее иловые осадки должны быть перекачены в бурты-метантенки, в которых осуществляется анаэробное метановое сбраживание органического вещества. Газ, который выделяется при данном процессе, содержит около 55% метана иего можно использовать как топливо в котельных установках. Твердые оставшиеся веществаспрессовываются и обезвоживаются в фильтр-прессах и располагаются на иловых площадках. Иловые осадки могут использоваться как удобрение и как топливо. В Японии сжигают 55% иловых осадков, в США 27%. Есть также опытноесжигание иловых осадков в котельных установках на очистных сооружениях Санкт-Петербурга.Современные мегаполисыявляются производителямиогромного числа твердых бытовых отходов (ТБО). В начале ХХI века производство ТБО во всем мире в год имело значение оеоло3 млрд т, в С.-Петербурге на полигоны-свалкикаждый год вывозится 4,5 млн м3. В составе ТБО имеются горючие вещества – макулатура, пищевые отходы, древесина, теплота сгорания которых равна 7…12 МДж/кг. Мусор на свалках перерабатывают микроорганизмы с выделением метана. суммарное число антропогенных выбросов метана в атмосферу с очистных сооружений, свалок, нефтепромыслов выше 200 млн т в год, а ведь метан, также как и диоксид углерода, считается парниковым газом и несет свой потенциал в потепление климата планеты. В США работают несколько ТЭС на биогазе свалок. Отходы уплотняют, укладывают на них перфорированные полиэтиленовые трубы и накрывают пленкой. В газе, который отбирается трубами, содержание метана доходит до 55 процентов.Вомногих развитых странах имеет место раздельный сбор отходов в местах их образования. Переработка макулатуры и стекла из ТБО достигает 50%. Вследствие разделения вторичных ресурсов в современной практике все масштабнее находит применение сжигания ТБО в специализированных котельных установках. В Швеции объем сжигаемых ТБО достигает 60%, в Швейцарии – 75, в Японии –80%. Шлак (до 300 кг на тонну ТБО) спекается, в результате чего он становится нетоксичным, и захоранивается. Газообразные продукты сгорания – углекислый газ и водяной пар. Не исключается общее сжигание ТБО с иловыми осадками систем водоотведения. Первые такие установки сжигания используются в С.-Петербурге.Синтетическое топливоСпособы производства жидкого и газообразного топлива изнекачественного твердого были разработаны еще Д.И.Менделеевым. В развитых странах мира крупнейшие ассигнования выделеныдля проведения национальных программ создания синтетического топлива.Бурый уголь – переходная форма от торфа к каменному углю, которая содержит углерод 55…78% - в начале ХХ века был источникомдляпроизводстве светильного газа, который применялся для домашних и промышленных целей. В современном мире газы с малой теплотой сгорания (до 6,7 МДж/нм3), содержат СО и углеводороды, получают обработкой бурого угля паровоздушным дутьем. При применении высокотемпературного водяного пара выделяют горючий газ, содержащий в себе СО, СН4 и Н2 , с теплотой сгорания до 12,5 МДж/нм3, который можно применять для металлургии как восстановитель в доменном процессе. Как считают специалисты США, газификация угля имеет наибольший эффект, чем непосредственное сжигание угля в пылеугольных энергетических котлах. В девяностые годы ХХ столетиясобщая производительность установок газификации угля США составлялапорядка 100 млрд нм3 в год. В разработкеустановки газификации углей с применением тепла от ядерных реакторов. Разрабатываются способы подземной газификации пластов бурого угля с обработкой водяным паром для получения газообразных продуктов на выходе - углеводородов с большим содержанием метана.Процесс производства синтетического жидкого топлива был применен в Германии в первой половине ХХ века. Немецкие танки, автомобили и даже самолеты во время второй мировой войны заправляли именно таким синтетическим топливом. В 60…70-е годы были изучены способы переработки горючих сланцев – глинистых горных пород, которые обогащены горючим органическим веществом (до 60…70% по массе). В Ленинградской области располагаются месторождения горючих сланцев.Так как сланцы имеют высокую влажность и зольность, то их теплота сгорания очень мала – 5…11 МДж/кг. После термической переработки сланцев получают горючий газ, который содержит в себе около 30% водорода, 15…30% метана, около 10% оксида углерода, и сланцевое масло – смесь жидких углеводородов, близкую к продуктам перегонки нефти, а также ценные химические продукты – этилен, бензол, фенол. Имея большие запасы нефти и природного газа, в конце ХХ века технологии получения синтетического топлива из бурого угля и сланца были не востребованы, а сейчас пришло время их возобновления. При получении из твердого топлива синтетическоеимеется способ значительноснизить выбросы золы в продуктах сгорания.Сахарный тростник является растением, которое активно аккумулирует солнечную энергию. При брожении тростникового сахара до этилового спирта, можно получитьновый вид синтетического жидкого топлива, которое будет пригоднодля двигателей внутреннего сгорания. В 80-е годы в Бразилии около 400 тысяч автомобилей использовали спиртовоетопливо и работало около 5000 спиртозаправочных станций. При добавлении спирта к низкооктановому бензину в количестве 20% увеличивается его октановое число, следовательно, становятся не нужныдорогостоящие присадки, которые применяются в высокооктановых бензинах.Как сырье для получения синтетического топлива можноиспользовать кукуруз и ее отходы. Углеводы кукурузы сбраживаются в зерновой спирт. Способ производства спирта из зерна является довольно простым, его несколько веков использовали при самогоноварении. Спирты, которые являются пригодными в качестве энергетического топлива, можно получить ещеспособом гидролиза древесины. Из рапса и нескольких подобных масличных культур производят масло, используемое кактопливо для дизельных двигателей.ЗаключениеЗа последние 50 лет численность населения Земли возросла в 2,5раза: с 2,5 до 6,2 млрд человек. В этот же период времени потребление энергии надушу населения возросло в 5 раз – с 1 до 5 т у.т./(чел.год). В результатеобщее потребление энергии увеличилось примерно в 12 раз. Предыдущие 25 лет население Земли сожгло ископаемое топливо больше в два раза (в основном, углеводородное), чем за все прошлое время. Мировые и российские запасы традиционных высокоценных энергоносителей – нефти, природного газа, урана – подходят к исчерпанию. Загрязнение окружающей среды превышает допустимыенормативы и можетспровоцировать необратимые планетарные последствия. Неуклоннорастут цены на энергоносители и соответственно тарифы на электрическую и тепловую энергию. Недостаток энергии не дает перейти к освоению новых обширных территорий, приходится исключать новыеперспективные, но энергозатратные технологии в металлургической и химической промышленности. Выросло количествоэнергопотребления в развивающихся странах.При таких условиях основная отрасль мирового народного хозяйства –энергетика – вынуждена осваивать нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Для их изучения проводятся систематические исследованияокружающей природной среды ради выявления и оценки способовприменения ресурсов НВИЭ. Вопрос усложняетсямалыми плотностями энергии в естественных и вторичных ресурсах, соответственновозрастают базовые затраты на строительство, материалоемкость игабариты энергоустановок. В период до 2010 года мировая энергетикапредполагала довести производство электроэнергии и теплоты с применением НВИЭ до 15…20%.Россия в данном вопросе располагается на одном из последних мест вмире. Суммарное количество НВИЭ в энергетическом балансе страны составляет наначало ХХI века всего доли процента. Отсутствует правовая база, нет стимулирования изучения даннойотрасли. Нет направления, которое объединило бы разрозненные разработки в единую стратегию. В концепции Минтопэнергоосвоению НВИЭ отводится далеко не первая, а вспомогательная роль. Такое положение скажется на экономическом отставании страны.Специалистам в области энергетики предстоят большие работы в процессахпримененияНВИЭ и требуется усовершенствовать методы энергосбережения,аккумулирования и вторичного применения энергии. Экономия энергиимогла бы открыть больше возможностей, чем освоение новых ее источников. При проведении исследований по применению НВИЭ требуетсяизучение энергетического баланса,ресурсов энергоисточников, воды, земельных площадей, экологическихпоказателей. Также необходимо оценивать капиталовложения, цены на сырье, расходына эксплуатацию и техническое обслуживание.Список использованной литературыВ.Г.Лабейш. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие.-Спб.: СЗТУ, 2003.-79с.Агатьев В.В., Лабейш В.Г., Белоусова В.П. Менеджмент в природопользовании.-Вологда: изд-во ВоГТУ, 2003.-320с.Возобновляемые источники энергии: Учебное пособие./Васильев Ю.С., Елистратов В.В., Мухаммадиев М.М., Претро Г.А.- Спб.: Изд-во СПбГТУ, 1995.-102с.Лабейш В.Г. Природоохранные технологии в теплоэнергетике.-СПб.: СЗТУ, 2001.-80с.