Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Кафедра видобування нафти, газу та конденсату Реферат З дисципліни «Фізика і хімія горючих копалин» На тему «Зелена енергетика» Виконав: студент групи ХТПІБ Перевірив: Харків-2023 2 Зміст Вступ ......................................................................................................................... 3 1. Поняття зеленої енергетики ............................................................................. 4 2.1 Сонячна енергетика ...................................................................................... 5 2.2 Вітрова енергетика ........................................................................................ 6 2.3 Гідроелектрична енергетика ........................................................................ 6 2.4 Геотермальна енергетика ............................................................................. 7 2.5 Біоенергетика.................................................................................................. 8 2.6 Воднева енергетика ........................................................................................ 9 3. Зелена енергетика в Україні .......................................................................... 11 3.1 Вітрова та сонячна енергетика .................................................................. 11 3.2 Гідроенергетика та геотермальна енергетика .......................................... 13 3.3 Біонергетика та енергія водню .................................................................. 14 Висновки ................................................................................................................ 17 Список використаних джерел .............................................................................. 18 3 Вступ У сучасному світі питання екології та енергетики стають дедалі актуальнішими. Забруднення навколишнього середовища, вичерпання природних ресурсів та зміна клімату змушують людство шукати нові, більш екологічно чисті та стійкі джерела енергії. Одним із таких джерел є зелена енергетика. В нашому рефераті ми розглянемо поняття зеленої енергетики, які існують види зеленої енергетики та розглянемо стан зеленої енергетики в Україні. 4 1. Поняття зеленої енергетики Зелена відноситься енергетика, до також виробництва відома енергії як з відновлювана використанням енергетика, джерел, які заповнюються природою і не вичерпуються (ВДЕ). Абревіатура «ВДЕ» є одним із ключових гасел у стратегіях компаній, що мають на меті стале виробництво та споживання, ідентичні «Європейській таксономії» або світовому «Порядку денному на період до 2030 року» (резолюція ООН) [1]. Термін «відновлювана енергетика» вживається на противагу використанню енергоносіїв, таких як видобуток копалин, до яких належать, наприклад, кам'яне вугілля, нафта, природний газ або торф. У широкому розумінні ці джерела енергії теж відновлювані, але не за мірками тривалості життя людини, оскільки хід їхнього утворення вимагає сотень мільйонів років, а їхнє використання проходить набагато швидше. Основною відмінністю відновлюваних джерел енергії є те, що вони не знищуються під час використання, на відміну від мінеральних палив, які споживаються для вироблення енергії. Застосування відновлюваної енергії людиною потребує наявності технологій використання енергії сонячного світла, вітру, морських хвиль, водних течій, біологічних процесів, таких як анаеробний розклад, біологічне вироблення водню, та геотермальних теплових джерел [2]. На сьогоднішній день відновлювані джерела енергії є дешевшою альтернативою в більшості країн і створюють втричі більше робочих місць, ніж види палива [3]. 5 2. Види зеленої енергетики Основні джерела зеленої енергії включають: • сонячну; • вітрову; • гідроелектричну; • геотермальну; • біомасу; • енергія водню – нове джерело відновлюваної енергетики. Ці джерела енергії вважаються екологічно чистими, оскільки за їх використанні не виділяються парникові гази та інші шкідливі речовини. 2.1 Сонячна енергетика Сонячна енергія є найбагатшим із усіх енергетичних ресурсів і може використовуватися навіть у похмуру погоду (рис.1). Рисунок 1 – Сонячні панелі Сонячні технології можуть забезпечувати тепло, охолодження, природне освітлення, електрику та паливо для багатьох застосувань. Ці технології дозволяють перетворювати сонячне світло на електричну енергію за допомогою фотоелектричних панелей або дзеркал, що концентрують сонячне випромінювання. 6 В останнє десятиліття вартість виробництва сонячних панелей різко впала, що зробило їх не тільки доступним, а й найчастіше найдешевшим способом отримання електроенергії [3]. 2.2 Вітрова енергетика Вітроенергетика використовує кінетичну енергію повітря, що рухається за допомогою великих вітряних турбін, розташованих на суші (наземні вітроелектростанції) або в морській або прісній воді (морські/прибережні вітроелектростанції) (рис.2). Хоча середня швидкість вітру сильно варіюється залежно від місцевості, світовий технічний потенціал вітроенергетики перевищує світовий обсяг виробництва електрики, а більшість регіонів світу мають достатні можливості для створення значної кількості вітроелектростанцій. Рисунок 2 - Вітроустановка Сильні вітри бувають у багатьох регіонах світу, але іноді для вироблення вітрової енергії найбільше підходять віддалені райони. Морська вітроенергетика має величезний потенціал [3]. 2.3 Гідроелектрична енергетика Гідроенергетика використовує енергію води, що переміщається з більшої висоти меншу. Така енергія може бути отримана за допомогою водосховищ та річок. Гідроелектростанції на водосховищах залучають запаси 7 води, що знаходяться в них, тоді як руслові ГЕС використовують енергію доступного річкового стоку (рис.3) . Рисунок 3 - Гідроелектростанція в Нью-Мексико (США) В даний час гідроенергетика є найбільшим джерелом відновлюваної енергії в електроенергетичному секторі. Вона залежить від загалом стабільних режимів розподілу опадів і може зазнавати негативного впливу спричинених кліматом посух або змін в екосистемах, які впливають на такі режими. Інфраструктура, необхідна для отримання гідроенергії, також може несприятливо впливати на екосистеми. З цієї причини багато хто вважає малі гідроелектростанції більш екологічним варіантом, що особливо підходить для населення віддалених районів. 2.4 Геотермальна енергетика Під геотермальною енергетикою розуміють промислове отримання енергії, зокрема електроенергії, з гарячих джерел, термальних підземних вод (рис.4). Основним джерелом цієї геотермальної енергії слугує постійний потік теплоти з розжарених надр, направлений до поверхні Землі. Земна кора 8 отримує теплоту в результаті тертя ядра, радіоактивного розпаду елементів, хімічних реакцій [2]. Опинившись на поверхні рідини різної температури можуть бути використані для вироблення електроенергії. Технологія виробництва електроенергії з гідротермальних резервуарів є відпрацьованою та надійною та застосовується вже понад 100 років [3]. Рисунок 4 - Геотермальна станція на Філіпінах Основним показником придатності геотермальних джерел для використання є їх природної температури, за якою вони поділяються на низькотермальні води з температурою 40-70°С, середньотермальні з температурою 70-100°С, високотермальні води і пара з температурою 100— 150°С, парогідротерми і флюїди з температурою вище від 150°С. Геотермальна енергія в низці країн (Угорщина, Ісландія, Італія, Мексика, Нова Зеландія, США, Японія) широко використовується для теплопостачання та вироблення електроенергії. 2.5 Біоенергетика Біомаса є одним з найдавніших джерел енергії, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким ККД (рис.5). 9 Рисунок 5 - ТЕЦ в муніципалітеті Мец (Франція), яка працює на відходах деревної біомаси з навколишніх лісів Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості, побутові відходи. Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово розвинених країн: у США її частка складає 4 %, в Данії — 6 %, в Канаді — 7 %, в Австрії — 14 %, в Швеції — 16 % загального споживання первинних енергоресурсів цих країн [2]. 2.6 Воднева енергетика Воднева енергетика розглядає водень як енергоносій, який можна накопичувати, а не як основне джерело енергії (як, наприклад, вугілля). Використання водню як палива позитивно вплине на енергетичну безпеку, екологію та економічне зростання. Водень допоможе поліпшити енергетичну безпеку (тобто незалежність від країн-постачальників), тому що 10 його можна отримувати із багатьох первинних джерел енергії, зокрема і відновлюваних. Таким чином, водень може стати повноцінною альтернативою нафті (рис.6). Рисунок 6 – Завод Praxair з виробництва водню Цикл Отто в двигуні внутрішнього згоряння, що працює на водні, має максимальний ККД близько 38 %, що на 8 % вище, ніж у двигуні внутрішнього згоряння на бензині. Однак висока ціна паливного елемента — одна з головних перешкод його розвитку. Зараз науковці шукають засоби зменшення використання платини або її заміни на дешевші аналоги. Найкращі моделі двигунів на паливних елементах містять 30 г платини. Цей фактор необхідно подолати до комерціалізації проекту [4]. 11 3. Зелена енергетика в Україні В Україні дослідженнями займається, проблем зокрема, Інститут відновлюваної відновлюваної енергетики енергетики НАНУ, Міжгалузевий науково-технічний центр, Біоенергетична асоціація України інші науково-дослідні установи та приватні підприємства. За оцінками дослідників, загальний економічно-доцільний потенціал відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії в Україні становить, приблизно, 454.4 млрд кВт год. або 59.2 млн т у. п. на рік. Станом на 1998 рік, 3,05 % від загального обсягу споживання енергії було отримано з відновлюваних джерел енергії. Станом на 2012 рік, відновлювані джерела енергії становили лише 2 % від енергоспоживання в країні. У 2014 році Україна приєдналася до Європейського енергетичного співтовариства та взяла на себе зобов'язання до 2020 року виробляти 11 % електроенергії із відновлюваних джерел енергії й 25 % до 2035 року (рис.7). Рисунок 7 – Загальна частка ВДЕ в енергобалансі України 3.1 Вітрова та сонячна енергетика Найбільший потенціал вітрової енергії в Україні мають Карпати. Але цей потенціал зовсім не застосовується. Енергію нагрітого сонцем повітря 12 використовують теплові насоси типу повітря-вода і повітря-повітря. Вадою цих пристроїв є менший (ніж у теплонасосів типу вода-вода і водаповітря) ККД (рис.8) [5]. Рисунок 8 - Розподіл швидкості вітру на території України Сонячна енергетика України стрімко розвивається. Станом на кінець 2020 року встановлено СЕС загальною номінальною потужністю 6320 МВт без урахування близько 407,9 на окупованій Росією території, МВт потужностей, які які генерують перебувають 1,265 млрд кВт-год електроенергії. Частка СЕС на перший квартал 2021 рік у загальній генерації України складає 6 % (рис.9) [6]. Рисунок 9 - Розподіл сумарної сонячної радіації на території України 13 3.2 Гідроенергетика та геотермальна енергетика Тепловий потенціал водних ресурсів України значно більший від потенціалу гравітаційного. При цьому тепловий потенціал води зовсім не використовується. Ситуацію може змінити впровадження теплових насосів вода-повітря, вода-вода і вода-електроенергія. Це може сприяти розчиненню кисню у воді (зарибненню водойм) та зменшить небезпеку потепління клімату. Рисунок 10 – Водні ресурси України Україна має певний потенціал розвитку геотермальної енергетики. Це обумовлено термогеологічними особливостями рельєфу та особливостями геотермальних ресурсів країни. Проте, на даний час наукові, геологорозвідувальні та практичні роботи в Україні зосереджені тільки на геотермальних ресурсах, які представлені термальними водами. За різними оцінками, економічно-доцільний енергетичний ресурс термальних вод України становить до 8,4 млн т н. е./рік (рис.11). У 2018 році Україна спільно з Ісландією домовилися розвивати геотермальну енергетику. В Україні також існують значні ресурси геотермальної енергії, потенціал яких потрібно розкривати. У цьому 14 переконані фахівці Національного енергетичного агентства Ісландії, які досліджували цю сферу в Україні. Загалом сторони домовилися налагодити постійний обмін інформацією про потенційні спільні проєкти у геотермальній енергетиці [7]. Рисунок 11 - Перспективні території для використання геотермальних ресурсів 3.3 Біонергетика та енергія водню Потенціал генерації біометану в Україні становить щонайменше 7,8 млрд м3 у рік або 25 % від поточного споживання газу У квітні 2023 року компанія «Галс Агро» ввела в експлуатацію поблизу Прилуків в Чернігівській області біометановий модуль на біогазовому заводі, що виробляє біометан. Цей біометан з 12 квітня вперше почав завантажувати до своєї газорозподільної мережі Чернігівгаз. «Галс Агро» планує розширювати виробництво, маючи вже збудовані потужності для отримання до 30 млн кубометрів біометану на рік (рис.12). Україна має значний природний потенціал, що дозволяє виробляти відновлюваний водень. Загальний потенціал середньорічного виробництва зеленого водню становить близько 505 млрд. кубометрів (рис.13). 15 Рисунок 12 - Біометановий завод компанії «Галс Агро». В травні 2019 року інновації у водневій енергетиці та перспективи їх впровадження в енергоефективності Україні та розглянув Голова Державного енергозбереження агентства України Сергій з Савчук із представниками потужної японської компанії «Asahi Kasei» та енергетичної асоціації «Українська воднева рада». Зустріч стала продовженням перемовин, розпочатих із компанією у квітні 2019 року на найбільшій водневій та енергетичній виставці Європи «Hydrogen + Fuel Cells Europe» у Ганновері (Німеччина) [8]. Рисунок 13 - Розподіл потенційного середньорічного видобутку «зеленого» водню 16 До повномасштабної війни у розробці перебували кілька ініціатив, пов’язаниї з воднем. 17 Висновки В нашому рефераті ми розглянули поняття зеленої енергетики, які існують види зеленої енергетики та розглянемо стан зеленої енергетики в Україні. Отже, зелена енергетика - це не тільки спосіб забезпечення енергетичної безпеки, а й засіб зниження негативного на довкілля. Розвиток технологій зеленої енергетики має великий потенціал для вирішення актуальних проблем, пов'язаних із зміною клімату та вичерпанням природних ресурсів. Тому інвестування в зелену енергетику та перехід до стійких джерел енергії стають необхідністю для нашого майбутнього. 18 Список використаних джерел 1. Зелена енергія та все, що вам потрібно про неї знати [Електронний ресурс] // Продуктовий портал PCC Group – Режим доступу до ресурсу: https://www.products.pcc.eu/uk/blog/%d0%b7%d0%b5%d0%bb%d0%b5%d0%b d%d0%b0-%d0%b5%d0%bd%d0%b5%d1%80%d0%b3%d1%96%d1%8f%d1%82%d0%b0-%d0%b2%d1%81%d0%b5-%d1%89%d0%be%d0%b2%d0%b0%d0%bc%d0%bf%d0%be%d1%82%d1%80%d1%96%d0%b1%d0%bd%d0%be-%d0%bf/. 2. Відновлювана енергетика [Електронний ресурс] // Вікіпедія – Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%96%D0%B4%D0%BD%D0%BE% D0%B2%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%D0%B5% D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D 0%B0. 3. Що таке відновлювальна енергія [Електронний ресурс] // ООН – Режим доступу до ресурсу: https://www.un.org/ru/climatechange/what-is- renewable-energy. 4. Воднева енергетика [Електронний ресурс] // Вікіпедія – Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B5% D0%B2%D0%B0_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5% D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0. 5. Відновлювана енергетика України [Електронний ресурс] // Вікіпедія – Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%96%D0%B4%D0%BD%D0%BE% D0%B2%D0%BB%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%D0%B5% D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D 0%B0_%D0%A3%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%97%D0%BD%D0%B8#% 19 D0%93%D1%96%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D 1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0. 6. Сонячна енергетика України [Електронний ресурс] // Вікіпедія – Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BD%D1%8F%D1%87% D0%BD%D0%B0_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5% D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%A3%D0%BA%D1%80%D0%B0% D1%97%D0%BD%D0%B8. 7. Україна спільно з Ісландією розвиватиме геотермальну енергетику [Електронний ресурс] // Промисловий портал. – 2018. – Режим доступу до ресурсу: https://uprom.info/news/energy/ukrayina-spilno-z-islandiyeyu- rozvivatime-geotermalnu-energetiku/. 8. Сергій Савчук: Із японською компанією «Asahi Kasei» обговорили перспективи реалізації спільних проектів водневої енергетики в Україні! [Електронний ресурс] // Державне агентство з енергоефективності та енергозбереження України. – 2019. – Режим доступу до ресурсу: https://web.archive.org/web/20190527165058/http://saee.gov.ua/uk/news/2951.
