У більш складних випадках до складу ГЕС можуть увійти різного виду водопідвідна деривація (відкритий канал, тунель і ін.), напірний трубопровід, відвідні споруди (у вигляді відкритого каналу, тунелю і ін.).

Гідроенергетика є  однією з важливих підгалузей електроенергетики і водного господарства. Більше 20 % промислово-виробничих фондів зосереджено на ГЕС. ГЕС виконують різні функції в загальній системі енергозабезпечення.

ГЕС в паливно-енергетичному комплексі країни зменшують потребу народного господарства в енергетичному паливі, покращують структуру самого комплексу, підвищують надійність і якість енергозабезпечення. Частка енергії ГЕС в загальній потребі палива відносно невелика (~3 %). Разом з тим значимість гідроенергії в паливно-енергетичних балансах окремих районів країни дуже суттєва. Особливо важлива економія палива, що забезпечується  гідроенергетикою в районах, які знаходяться далеко від джерел палива і мають потребу в паливних ресурсах.

Особливо слід відмітити, що ГЕС скорочують потребу в газомазутному паливі, використання якого у якості сировини в інших галузях промисловості (хімії, металургії) дає суттєво більший економічний ефект.

З часом значно зросла роль ГЕС та ГАЕС (гідроакумулюючих електростанцій), які дають найбільш дешеву електроенергію, у вирішенні проблем підвищення якості і надійності електропостачання. Ці електростанції завдяки своїм високим маневреним здатностям все більше використовуються для перекриття нерівномірного режиму потужності.

Значною  перевагою гідроенергетики є відновлюваність гідроенергетичних ресурсів.

Серед позитивних рис гідроенергії слід відмітити й те, що її відносять до найбільш екологічно чистих серед різних сучасних способів масового виробництва  електроенергії. ГЕС не виділяють шкідливі речовини в оточуюче середовище і не вживають атмосферний кисень для виробництва електроенергії.

Поступово, коли людина оволоділа використанням енергії води, виявилися і недоліки гідроенергетики. Один з основних недоліків – нерівномірність природного стоку річок. Він може бути подоланий шляхом створення  водосховищ, що регулюють стік: під час паводку та повноводдя водосховища наповнюються, а в межень спрацьовують. Але створення водосховищ тягне за собою ряд негативних впливів на оточуюче середовище.

Водосховища мають вплив на природний режим річок, так як змінюють гідрологічний і температурний режим річок, затоплюють великі території, викликають зсувні процеси, перебудову сільського господарства і  природних екологічних систем. Вплив водосховища виявляється  не лише в межах самого водосховища, а також й вище та нижче за течією, в дельтовій області рік, а іноді і в прибережній морський зоні.

Найбільш значними явищами, які викликаються будівництвом гребель і водосховищ, є наступні:

1.     вплив греблі як перешкоди пов’язаний із зупинкою міграцій риб, руху транспорту, затримкою твердого стоку і біогенів (азоту і фосфору), переробкою берегів, зниженням паводку;

2.     створення водосховищ пов’язане з переміщенням населення, вирубкою лісів, проведенням компенсаційних робіт, безповоротним вилученням стоку для наповнення водосховища;

3.     спостерігається зміна клімату у прибережній смузі (в посушливому кліматі супроводжується підвищенням вологості, зменшенням піку дощового періоду з осені на літо та ін.);

4.     зміна якості води – погіршення у зв’язку із зменшенням проточності, дефіцитом кисню, збільшенням азоту і фосфору, появою синьо-зелених водоростей, повторним забрудненням.

Стосовно цієї проблеми при спорудженні водосховищ слід враховувати формування і розвиток вищої водної рослинності. Як правило, при створенні водосховищ і підвищенні рівня води швидкість течії зменшується, спостерігається затоплення значних площ, збільшення, особливо у перші роки створення водосховищ, виносу поживних речовин з грунту. Ці обставини викликають утворення застійних зон на деяких площах під дзеркалом води, що сприяє надлишковому розвитку водоростей, особливо синьо-зелених – так званому “цвітінню води”. Змінюється смак і колір води, так як у воду з водоростей потрапляє велика кількість виділень, і погіршується кисневий режим; забиваються фільтри водозабірних споруд і порушуються нормально збалансовані у водоймі процеси обміну речовин і заміна одних видів іншими, більш пристосованими до таких, менш сприятливих, умов. Складність створення сприятливих умов для росту і розвитку макрофітів в тому , що при надлишковому розвитку їх, вони з фактора берегозакріплення і самоочищення води, стають фактором, що сприяє підтопленню і заболочуванню берега, а при відмиранні – фактором самозабруднення води;

5.     біологічні наслідки – поширення інфекційних захворювань, збільшення збудників хвороб, особливо у країнах з жарким кліматом (малярії, шистоматозу та ін.);

6.     вплив на флору і фауну – іхтіофауна і флора піддаються повній перебудові;

7.     вплив поза водосховищами – регулювання стоку і зрізування паводку супроводжуються зневодненням рік нижче греблі, зниження рівня ґрунтових вод і опустелюванням заплавних земель; при дериваційних спорудах спостерігається підтоплення і заболочування територій, прилеглих до деривації;

8.     порушення стійкості схилів – поява зсувів, абразія берегів; іноді ці явища набувають характеру катастроф, як наприклад катастрофа в Італії 1963 р., коли у водосховище Вайонт звалився скельний масив об’ємом 240 млн. куб м, в результаті чого загинуло 3 тисячі людей, завдано великих матеріальних збитків;

9.     “наведена” сейсмічність. З цим явищем вперше зіткнулися лише у 60-х роках після землетрусів в Індії (1967 р.) і Греції (1968 р.). В 1976 році нараховувалось 20 випадків чітко встановленого зв’язку між підвищенням сейсмічної активності і початковим наповненням водосховищ;

10.  будь-яке гідротехнічне будівництво пов’язане, як правило, з вирубкою лісів, знищенням рослинного покрову, скиданням неочищених стічних вод, залишків горючих і мастильних матеріалів; при застосуванні гідромеханізації збільшується мутність водойм, створюється шум та інші перешкоди.

Великі труднощі при гідротехнічному будівництві викликають питання збереження рибних запасів. При будівництві греблі виникають проблеми пропуску риби у верхній б¢єф та скату риби і її молоді у пониззя річок, необхідність створення штучних нерестилищ замість затоплених водосховищем, необхідності створення рибозагороджувальних споруд та ін.

Гідротехнічне будівництво на річках без створення спеціальних споруд привело до різкого скорочення, а в деяких місцях до повної втрати, багатьох популяцій прохідних і напівпрохідних риб (наприклад, лососевих, сельдєвих та ін.) як в нашій країні,  та  і за кордоном.

Спуск молоді через турбіни без рибопропускних споруд неможливий або веде до значного травматизму і загибелі риби.

Треба вказати, ще один негативний наслідок створення водосховищ. За останні 40 років люди штучно заповнили водойми приблизно 10 трильйонами тонн води. Наприклад, висота греблі Братської ГЕС утворює найбільше в світі водосховище, яке вміщує 169 млрд. кубометрів води. Це більше трьох річкових стоків Дніпра. Гребля Токтогульської ГЕС на р. Нарин ще вища – 230 м, Нурекський гідровузол на р. Вахш має греблю висотою в стоповерховий хмарочос. Потужна гребля Красноярської гідроелектростанції перегородила велику річку Єнісей і створила водосховище, об’ємом 100 млрд. кубометрів води.

В результаті переміщення води з океанів на континенти маса Землі навколо екватора зменшилася, а в Північній півкулі, де найбільше водосховищ, збільшилася. Таке зміщення маси, як думають вчені, прискорило обертання Землі, оскільки вода опинилася ближче до осі обертання. Більш швидше обертання скорочує день. Через ефект водосховищ день 40 років тому був довший приблизно на 8 мільйонних часток секунди.

Оскільки штучні водосховища розташовані на земній кулі несиметрично, запаси води в них “зсунули” і земну вісь приблизно на 60 см від  Північного полюсу в бік західної частини Канади. Таким чином, створення штучних водойм тягне за собою достатньо великі за масштабами (глобальні) наслідки, оцінити які з точки зору впливу на природні процеси ще треба.

Як бачимо, гідроенергетика на сучасному етапі не відповідає тим екологічним вимогам, що стали перед нею, тому подальший розвиток і вдосконалення може бути пов’язаний з виробленням нової концепції або, у крайньому разі, із внесенням суттєвих змін у попередні принципи використання енергії води.

При цьому самим суттєвим в подальшому розвитку гідроенергетики має стати усвідомлення того факту, що гідроресурси є відновлюваними, а точніше - безперервно відновлюваними.

До того ж треба створити чи виробити систему заходів, спрямованих на можливе більш повне відвернення негативних впливів ГЕС на оточуюче середовище. Заходи повинні бути спрямовані на мінімізацію, локалізацію і усунення негативних наслідків.

Для прогнозу і контролю забруднення водосховищ необхідний облік і аналіз як природного біогенного, так і антропогенного навантаження.

Знизити гостроту екологічних проблем в гідроенергетиці можна при будівництві енергонакопичуючих ГЕС (ЕНГЕС), гідроакумулюючих ГЕС (ГаЕС).

Особливим напрямком гідроенергобудівництва стає створення малих ГЕС одиничної потужності до 30 кВт на невеликих водотоках. Спорудження таких ГЕС дозволять економити паливо і отримувати електроенергію, не впливаючи на природне середовище так сильно, як великі ГЕС.  Раніше невеликі, так звані районні, міжколгоспні гідроелектростанції місцевого значення на невеликих річках були чи не основним джерелом енергозабезпечення сіл України. Та їх закрили після створення потужних загальносоюзних енергосистем.

Карпати та прилеглі до них передгірські райони настільки багаті гідроресурсами, що при розумному їх використанні, могли б цілком забезпечити електроенергією не лише себе, а й інші регіони. МініГЕС можна будувати і в Криму.

Припливні електростанції (ПЕС). Енергія припливів і відпливів належить до одного з видів гравітаційної енергії, яку людство ще майже не використовує. Її запаси на всій планеті обчислюються в 1100З млн. кВт.

Двічі за 24 години 50 хвилин всю нашу планету оббігають дві хвилі зі сходу на захід, час яких пов’язаний з часом проходження Місяця через мерідіан. Це і є припливи та відливи, які виникають в результаті сили тяготіння Місяця і Сонця.

В умовах великої поверхні океану висота місячного припливу не може перевищувати 0,55 м, а сонячного – 0,24 см. У вузьких протоках і бухтах рівень припливу підвищується, наприклад, в затоці Фанді (Канада) спостерігається рекордна висота припливних хвиль – 18,5 м.

Енергія припливів величезна, вона майже в 10⁵ разів перевищує енергію, яка виробляється всіма гідроелектростанціями планети.

Припливні станції працюють за таким принципом: у вусті річки або затоки будується гребля, в корпусі якої установлюються гідроагрегати. За греблею створюють припливний басейн, який наповнюється припливною течією, що проходить через турбіни. При відпливі потік води виходить з басейну в море і крутить турбіни в зворотному напрямку.

Економічно доцільно будувати ПЕС в районах з припливним коливанням рівня моря не менше 4 м. Проектна потужність ПЕС залежить від характеру припливу  в районі спорудження станції, від об’єму і площі припливного басейну, від числа турбін, установлених в тілі греблі.

З 1967 г. в гирлі річки Ранс у Франції на припливах висотою до 13 метрів працює ПЕС потужністю 240 тис.КВт/год з річною віддачею 540 тис. КВт/год. На цій ПЕС встановлено 24 гідроагрегати. За оцінками спеціалістів будівництво даної електростанції економічно виправдане. Річні витрати експлуатації нижчі, ніж на  ГЕС, і складають 4% капіталовкладень.

Перша Кислогубська ПЕС в колишньому СРСР була побудована в 1968 р. на березі Кольської затоки. В 1970 р. така ж станція була побудована поблизу норвезького міста Бергена. Вона має потужність 350 кВт i забезпечує енергією невелике селище. Є проекти будівництва  Мезенської ПЕС  на Білому морі, Пенжинської і Тугурської на Охотському морі.

Незважаючи на великі запаси енергії припливів, крім величезної вартості спорудження припливної станції, у цієї енергії є й інші негативні сторони. Якщо така станція далеко від найближчого великого центру використання енергії, потрібні довгі й дорогі лінії електропередач. Крім того, вироблення припливної енергії непостійне: при звичайній експлуатації припливної енергії електрика виробляється лише на початку відпливу, тобто, коли рівень води, забраної у басейн, в достатній мірі перевищує її рівень у морі, зі зниженням рівня  води у басейні вироблення електроенергії зменшується і біля нижньої точки відпливу падає до нуля, оскільки різниця рівнів зникає. Таким чином, вироблення енергії піднімається і падає двічі за добу у відповідності з двома припливними циклами. А таке циклічне вироблення енергії не відповідає добовим циклам потреб в ній і повинно компенсуватися іншими джерелами.

Крім того будівництво припливних станцій в затоках може привести до затоплення солоною водою великих площ берегових областей. Можуть бути змінені цикли міграції риб.

Солоність води як джерело енергії. Солона вода океанів і морів має в собі величезні неосвоєні запаси енергії, яка може бути ефективно перетворена в інші форми енергії в районах з великими градієнтами солоності, такими є вустя найбільших річок, таких як Амазонка, Конго, Парана та ін. Осмотичний тиск, який виникає при змішуванні річкових вод з солоними, пропорційний різниці в концентраціях солей в цих водах. В середньому цей тиск складає 24 атм, а при впаданні річки Йордан в Мертве море 500 атм. Як джерело осмотичної енергії планується також використовувати соляні купола, що знаходяться в товщі океанського дна. Розрахунки показали, що при використанні енергії, отриманої при розчиненні солі середнього по запасам нафти соляного купола, можна отримати не менше енергії, ніж при використанні нафти, яка в ньому міститься.

Роботи по перетворенню “солоної” енергії в електричну знаходяться на стадії проектів і дослідних установок.

Використання термальної енергії океану. Температура води океану в різних місцях різноманітна. Між тропіком Раку і тропіком Козерога поверхня води нагрівається до 82 градусів за Фаренгейтом (27 °С). На глибині 2000 футів (600 метрів) температура падає до 35, 36, 37 або 38 градусів за Фаренгейтом (2,3,5 °С).

З оцінками в поверхневих водах є запаси енергії, що в 10 000 разів перевищують загальносвітову потребу в ній.

Використовуючи різницю температур в океані, можна отримувати електроенергії в два рази більше, ніж становить загальносвітове її споживання на сьогоднішній день.

Все обладнання такої електростанції разом з генератором знаходиться на плаваючій платформі, а електроенергія передається на землю за допомогою підводного кабелю. Недоліком такої електростанції є корозія металів, обростання елементів теплообмінників морськими організмами та малий коефіцієнт корисної дії – 2-3%. Перевагами марітермічної електростанції є стабільність режиму роботи (90-95%), оскільки температура морської води в районі екватора постійна впродовж року, і відсутність негативного впливу на навколишнє середовище. 

 Перша в світі промислова електростанція такого типу була збудована в Абіджані (Берег Слонової Кості) потужністю 8 тис.кВт. Коефіцієнт корисної дії перетворення гідротермальної енергії ще зовсім мізерний – не перевищує 1-2%. Можливо, скоро будуть знайдені способи його підвищення. Марітермічні електростанції працюють в Індонезії, на острові Балі (5МВт), в Японії (10 МВт), на Гаїті (5МВт), і на Гавайях (40 МВт).

Значні перспективи відкриває використання гідротермальної енергії в освоєнні полярних районів, де різниця повітря і води особливо велика.

Водя як джерело водню – перспективного палива. Молекула води складається з двох атомів водню і одного атому кисню. Вилучений з води водень можна використовувати як паливо для отримання електроенергії.

Отриманий водень достатньо зручно зберігати: у вигляді стислого газу в танкерах або в зжиженому вигляді в кріогенних контейнерах при температурі –203 °С. Його можна зберігати і в твердому вигляді після сполучення з залізо-титановим сплавом або з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати по мірі необхідності.

Один з найбільш перспективних методів вилучення водню з води - електроліз води. Одержаний таким чином водень використовувався під час космічних польотів за програмою "Аполлон".

Використання гідродинамічної енергії. Енергія прибоїв, течій, хвиль ще фактично не використовується. Тільки енергія прибоїв обчислюється десятками мільйонів кіловат-годин на рік з 1 км берегової ділянки. Сучасний рівень техніки дозволяє вилучати енергію течій при швидкості потоку більше 1 м/с. При цьому потужність від 1 кв.м поперечного січення потоку складає біля 1 КВт.

Багатообіцяючими є гігантські турбіни на таких інтенсивних і стабільних океанських течіях, як Гольфстрім і Куросіо, які несуть відповідно 83 і 55 млн. куб. м/с води зі швидкістю до 2 м/с, і Флоридської течії (30 млн. куб. м/с, швидкість до 1,8 м/с). Перспективним є використання течій Гібралтару і Ла-Маншу.

Створення енергетичних станцій, заснованих на використанні енергії морських течій, пов’язаний поки що з технічними труднощами, перш за все, зі створенням енергетичних установок великих розмірів, які являють загрозу для судноплавства.

Зараз діють лише маленькі енергетичні установки, які використовують енергію хвиль для постачання електроенергією маяків, бакенів та інших невеликих об’єктів. В Індії від енергії хвиль працює плавучий маяк порту Мадрас. В Норвегії з 1985 року перша в світі промислова хвильова станція потужністю 850 КВт.

Створення хвильових електростанцій визначається оптимальними вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективністю конструкції станції, в яку вбудовані пристрої згладжування нерівномірності режиму хвилювання. Досвід експлуатації хвильових електростанцій показав, що вироблювана ними електроенергія поки що в 2-3 рази дорожча традиційної, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості.

Розділ 9.3. Екологічні проблеми використання атомної енергії

При поділі ядер урану і плутонію в ядерному реакторі виділяється величезна кількість енергії, використання якої дозволило створювати значні атомні електростанції (АЕС) промислового типу. В одному акті розпаду ядра урану виділяється енергія, яка дорівнює приблизно 200 меВ. Це більше ніж у 20 млн. разів перевищує енергію, що виділяється на один атом у будь-якій хімічній реакції. При поділі ядер 1 г урану виділяється 20 млн ккал, що відповідає 23 000 кВт-год теплової енергії. 1 кг урану може дати стільки тепла, скільки одержують при спалюванні від 2600000 до 3000000 кг кам’яного вугілля.

Екологічною і політичною подією в Україні, яка підняла її позитивний міжнародний імідж стало закриття Чорнобильської АЕС (єдиний працюючий на ЧАЕС третій енергоблок був зупинений 15 грудня 2000 р.). Не дивлячись на повне закриття існує небезпека  спонтанних фізичних процесів, які відбуваються в реакторі. Про це свідчать періодичні радіоактивні викиди з 4-го енергоблоку. Повний демонтаж Чорнобильського атомного майданчика буде тривати близько 15 років, вартість демонтажних робіт оцінюється від 3 до 5 млрд. доларів. Такі країни, як Австрія, Данія, Філіппіни та Швеція заявили про намір повністю відмовитися від АЕС і демонтувати ті ядерні блоки, які там є.

Трагедія на ЧАЕС повністю розвіяла міф про дешевий і безпечний «мирний» атом.

В галузі практичного використання ядерної енергії сформувався такий основний напрямок, як ядерна енергетика, тобто здійснення в промислових масштабах перетворення ядерної енергії в інші види (механічну, електричну тощо), які використовуються потім для виробничих і побутових потреб.

Перетворення ядерної енергії в електричну відбувається на АЕС, основною частиною яких є ядерний реактор. У світі розроблено багато типів ядерних реакторів, що різняться за видами ядерного палива (за засобами і ступенем його збагачення), сповільнювачів, теплоносіїв, за використанням нейтронів та ін. Перевагу у використанні отримали ядерні реактори на теплових нейтронах, як більш прості.

У так званій активній зоні реактора ядерне паливо під впливом нейтронів вступає в ланцюгову реакцію. Енергія, що при цьому виділяється, відводиться з допомогою теплоносія (води, органічної рідини, розплавленого металу, газу та ін.).

Навколо активної зони розміщено відображувач нейтронів. Управління ланцюговою реакцією здійснюється за допомогою стержнів-поглиначів, які підтримують виділення енергії на потрібному рівні, забезпечують рівномірність її розподілу по об’єму реактора. Ядерне паливо знаходиться в реакторі у вигляді стержнів – ТВЕЛів (тепловиділяючих елементів).

По мірі "вигорання" компонента ядерного палива, що ділиться, умови, необхідні для роботи реактора, погіршуються (зникають активні атоми, накопичуються осколки поділу, поглинаються нейтрони). Щоб збільшити строк експлуатації ТВЕЛів, до активної зони реактора вводять стержні з речовин, які сильно поглинають нейтрони (Вr, Сa та ін.). Спочатку їх занурюють глибоко, потім поступово виводять з активної зони. Таким чином підтримується стаціонарний ("критичний") режим. Переміщуючи стержні біля положення, що відповідає критичному стану, регулюють ланцюговий процес, посилюючи чи послаблюючи його. Таким чином регулюється потужність ядерного реактора.

Якщо видалити керуючі стержні з активної зони, реактор стане надкритичним, а значить і вибухонебезпечним. З цієї точки зору ніякий з існуючих реакторів не можна назвати абсолютно безпечним.

Як паливо для ядерних реакторів використовують уран, плутоній, торій.

На шляху використання атомної енергії  перед людством постає все більше і більше проблем. На першому плані стоять заходи по забезпеченню безпеки для навколишнього середовища, населення, поховання високорадіоактивних відходів, проблеми роботи АЕС в енергосистемах і багато інших.

Системи забезпечення безпеки АЕС постійно розвиваються і удосконалюються. Але не дивлячись на це, атомна енергетика повністю екологічно безпечною вважатися не може.

Зараз вчені всього світу працюють над отриманням екологічно безпечної і дешевої термоядерної енергії. Ідея термоядерного реактора – токамака належить видатним російським фізикам А.Д.Сахарову і І.Є.Тамму. За оптимістичними прогнозами, термоядерна електростанція почне виробляти енергію в 2050 р.

Таким чином, у процесі використання ядерної енергії у мирних цілях назва “мирний атом” була досить швидко втрачена. За прогнозами вчених, зробленими в 60-х роках, ймовірність аварій на АЕС повинна бути дуже мала: одна аварія протягом 500 000 років роботи реактора. Аварія на Чорнобильській АЕС  показала інше. Ніякими аргументами про економічну ефективність АЕС жертви Чорнобильської АЕС не можуть бути виправдані.

9.4. Геліоенергетика

Одним із найбільшим перспективних джерел енергії -  є “чисте” і, практично, невичерпне випромінювання Сонця. Сонячна радіація – електромагнітне випромінювання Сонця – основне джерело енергії для всіх процесів, що відбуваються у природі. Сонце завдяки високій температурі його плазми, зумовленій термоядерними реакціями, випромінює в міжпланетний простір величезну кількість теплової енергії – понад 4х10³³ ерг/сек. Як вважають фахівці, є всі підстави надіятися, що завдяки прогресу науки і техніки сонячна енергія  в найближчі часи буде поставлена на службу людині.

Сонячної енергії поступає на земну поверхню в 14-20 тис. разів більше нинішнього рівня світового енерговикористання.

Переваги сонячної енергії добре відомі: доступність, практична невичерпаність, відсутність другорядних, забруднюючих навколишнє середовище, впливів. В той же час відомі і її недоліки: низька щільність і перервність поступання, чергування дня і ночі.

Сонячна енергія може широко використовуватися в народному господарстві. Сонячна енергія може нагрівати воду для різних підприємств, господарств і домашніх потреб. Але найефективніше  використовувати сонячну енергію для вироблення електричної. Найбільш практичного застосування отримали фотоелектричні і термодинамічні системи перетворення із застосуванням теплових двигунів.

Для розміщення геліоелектростанцій найбільш придатними є засушливі і пустельні зони, в яких річна кількість опадів не перевищує 250 мм. При ефективному перетворенні сонячної енергії в електричну, рівній 10%, достатньо використовувати всього 1% території пустельних зон для розміщення геліоелектростанцій, для того, щоб забезпечити сучасний рівень енергоспоживання.

В Україні перша геліоелектростанція потужністю 5 МВт була споруджена в 1985 р. в Криму. . За підрахунками, ділянка Кримського півострова площею в 100 кв.км здатна забезпечити за рахунок використання сонячної енергії половину енергетичних потреб автономії. Сьогодні в Криму працює 36 геліостанцій,  загальна площа сонячних колекторів складає понад 100 тис.кв.м. Більшість з них працює без накопичувачів енергії, яку б можна було використовувати у хмарну погоду або вночі.

9.5. Вітроенергетика

Енергія вітру залежить від його швидкості, а швидкість – від величини градієнта тиску. В місцях, де середня річна швидкість вітру дорівнює 4 м/с, вигідно використовувати вітродвигуни. Якщо швидкість вітру більша, то доцільно будувати вітроелектростанції. Найбільш придатними є степова і лісостепова зона Європейської частини СНД і Західного Сибіру, деякі райони Східного Сибіру і Далекого Сходу. Особливо сильні вітри (понад 6 м/с) на Крайній Півночі.

Від вітроелектростанцій на території СНД можна одержувати стільки електроенергії, скільки дадуть її ТЕС від спалювання 10 млрд. тонн нафти.

Невичерпні запаси енергії вітру людина може мати від освоєння стратосфери, де є струминні повітряні течії величезної швидкості.

В Україні перша вітроелектростанція  потужністю 100 кВт була побудована в 1931 р. поблизу Севастополя. Фахівці вважають, що на одній тільки Арабатській стрілці (Сиваш) можна встановити 30 тис. вітроелектростанцій і одержати 2 млн. кВт електроенергії. Перспективними зонами будівництва групових вітроелектростанцій є яйли від Керчі до Севастополя. Вітроенергетика є екологічно чистим видом виробництвап енергії, за виключенням низькочастотного шуму працюючих вітряків та спорадичної загибелі птахів у лопастях вітродвигунів (Білявський та ін., 1993).

Перспективним напрямком є створення технологій енергетичного використання біомаси. Біомаса – органіка, яка утворюється в результаті фотосинтезу. Її можна спалювати , перетворювати на метан або спирт.

Біомасу  одержують на деревопереробних підприємствах і харчових виробництвах , шляхом спалювання відходів рослинного походження. Ще один приклад – одержання шляхом спалювання відходів паперу. За деякими оцінками, дрова та відходи деревопереробної промисловості могли б на 20 % задовольняти енергетичні проблеми . Але для задовольняння цих потреб хоча б на декілька відсотків, потрібно вирубувати ліс, що принесе серйозні збитки навколишньому середовищу. 

Спалювання деревини допустиме лише тоді, коли її можна одержувати без порушення екосистем (лісових), але і в цьому випадку вона забезпечить не більше 50 % енергетичних потреб.

Використання біогазу. Біогаз утворюється в результаті мікробіологічних процесів в звалищах побутового сміття. Біогаз має значний енергетичний потенціал (вміст в ньому метану досягає 44-66 %) і може бути використаний в теплосилових установках, а в очищеному вигляді – в газових турбінах. В світі зараз експлуатують 146 установок по добуванню і використанню біогазу, який отримують в результаті анаеробного розкладання органічних речовин на звалищах міських відходів. Так, на сміттєзвалищах в Бірмінгемі (Великобританія) відходи завантажують в окремо розташовані і  закопані в землю бункери. Виділення біогазу починається через три місяця і триває впродовж 15-20 років. Кожний бункер виробляє 17 м³/хв біогазу. Після очищення біогазу від органічних включень і конденсату його подають під тиском 1,75 МПа  в газотурбінну установку потужність 64,5 МВт. Спалюючи  газ  отримують електроенергію, а побічне тепло використовують для обігрівання розташованих поблизу теплиць і житлових  будинків (Новиков, 1998).

Практично кожен сільський господар, який тримає живність, міг би нині забезпечити себе паливним газом  за рахунок побутових біогазових установок.  Вони є майже в кожному фермерському господарстві і в багатьох містах Західної Європи. Це давно відпрацьована і перевірена технологія. Більше 10 млн. біогазових установок працює в Китаї, активно вони впроваджуються в Індії і Японії.

Використання спирту як пального. В результаті спиртового бродіння виділяється етиловий спирт. Спиртове бродіння вже 1000 років використовується людиною у виробництві спиртних напоїв. Але спирт, також, хороше пальне.

Бразилія була першою країною, яка розпочала широкомасштабне виробництво із цукрового очерету  спирту, як автомобільного палива. Однак виробництво паливного спирту має серйозні недоліки. По-перше, як вихідні речовини використовуються  харчові продукти. По-друге – забруднення навколишнього середовища. Хоча спалювання спирту -  чистий з екологічної точки зору процес, але виробництво дуже «брудне», так як для його перегонки використовується дешеве паливо, яке утворює багато кіптяви, наприклад бітуміноване вугілля, причому  його потребується дуже багато.  В результаті спирт у два рази дорожчий за бензин.

Контрольні питання

1. Дайте порівняльну характеристику різним видам електроенергії, що виробляється традиційними і нетрадиційними методами.

2. Які екологічні проблеми пов’язані з експлуатацією теплоенергетичних установок ?

3. Яке забруднення навколишнього середовища класифікують як теплове ? Чим воно небезпечне ?

4. Розкажіть про геотермальну енергію і перспективи, які має щодо її використання Україна.

5. В чому полягають переваги і недоліки гідроенергетики ? Які існують шляхи для зменшення негативного впливу на навколишнє середовище гідроенергетики  ?

6. Які ще методи використання гідроенергії, крім ГЕС, ви ще знаєте ? Чому вони не набули широкого використання ?

7. Який екологічний вплив на навколишнє середовище спричиняють атомні  електростанції ?

8. Проаналізуйте наслідки аварії на Чорнобильській АЕС.

9. Які перспективи має розвиток в Україні геліо – і вітроенергетики ?

10.  Що таке біоенергетика ?