Альтернативна енергетика і тенденції її розвитку в світі

1. Альтернативна енергетика і тенденції її розвитку в світі

1.
Вступ
2.
Предмет і завдання курсу
3.
Основні відомості про енергію і її
походження
4.
Альтернативні джерела енергії
5.
Розвиток альтернативних джерел
енергії як інструмент забезпечення
енергетичної безпеки України

2.

Модуль №1
Вид
навчальної роботи
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.1
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.2
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.3
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.4
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.5
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.6
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.7
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 1.8
Мах
кількість
балів
2
2
2
2
3
3
3
3
Для допуску до виконання модульної
контрольної роботи № 1 студент має
набрати не менше 11 балів
Виконання модульної
контрольної роботи №1
Усього за модулем №1
Модуль №2
Вид
навчальної роботи
Мах
кількість
балів
Виконання та захист
практичних завдань за
темою 2.1
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.2
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.3
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.4
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.5
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.6
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.7
Виконання та захист
3
практичних завдань за
темою 2.8
Виконання та захист
4
практичних завдань за
темою 2.9
Виконання та захист
10
домашнього завдання
Для допуску до виконання модульної
контрольної роботи № 2 студент має
набрати не менше 19 балів
Виконання модульної
контрольної роботи №2
35
Усього за модулем №2
Семестровий екзамен
Усього за вивчення дисципліни
15
Мах
кількість
балів
3
15
53
12
100

3. Завдання вивчення навчальної дисципліни

Завданнями вивчення навчальної дисципліни є:
- ознайомлення з навчальними планами спеціальності
з метою цілісного уявлення про формування знань,
раціонального планування своєї підготовки;
- формування початкових знань з теоретичних основ
використання альтернативних джерел енергії;
- ознайомлення з вимогами до фахівця у галузі
використання альтернативних джерел енергії і
шляхами набуття знань майбутньої професії;
- вивчення основних видів альтернативних джерел
енергії та засобів отримання альтернативних видів
палива.

4. Хімічна технологія Альтернативні палива

Інженерна графіка
Альтернативні енергоресурси. Вступ до фаху
Процеси та апарати хімічних виробництв
Гетерогенно-каталітичні процеси у виробництві альтернативних палив
Загальна хімічна технологія
Фізико-хімічні методи аналізу традиційних і альтернативних паливномастильних матеріалів
Математичне моделювання та оптимізація об'єктів хімічної технології
Природні та альтернативні енергоносії
Контроль та керування хіміко-технологічними процесами
Технічне регулювання, стандартизація та сертифікація
Основи ресурсозбереження
Економіка, організація та управління хімічних підприємств
Альтернативні авіаційні паливно-мастильні матеріали та
енергоефективні, енергоощадні технології
Аналітична хімія
Технологія виробництва моторних палив з альтернативної сировини
Інструментальні методи хімічного аналізу
Основи перетворення енергії в хімічних джерелах струму
Хімічна технологія переробки традиційних і альтернативних
енергоресурсів
Фізична хімія
Порверхневі явища та дисперсні системи (Колоїдна хімія)
Технології постачання, транспортування, зберігання, відвантаження,
заправки та обліку альтернативних моторних палив
Основи проектування хімічних виробництв
Технологія виробництва газоподібного палива
Безпека життєдіяльності
Технології модифікації, оптимізації складу й експлуатаційних
властивостей альтернативних моторних палив
Основи охорони праці
Навчальні практики
Фахова ознайомлювальна практика
Виробничі практики
Хіміко-технологічна практика
Технологічна практика
Обгрунтування проектів виробництва та упровадження
альтернативних енергоносіїв
Технологія виробництва мастильних матеріалів з альтернативної
сировини
Організація випробування, методи аналізу та контролювання якості
альтернативних моторних палив і мастильних матеріалів

5. Міждисциплінарні зв’язки навчальної дисципліни

Екологія
Фізика
Органічна
хімія
Основи
ресурсозбере
ження
Вступ до фаху
Загальна
хімічна
технологія
Природні та
альтернативні
енергоносії
Хімічна технологія
переробки традиційних і
альтернативних
енергоресурсів
Технологія виробництва
моторних палив з
альтернативної
сировини

6.

Навіщо нам енергія?
Годинник перестав ходити - проспав
Не поголився і довелося приймати холодний душ
Холодильник не працює - ковбаса і сир були дивного смаку
Трамвай, тролейбус, автобус не ходять! АЗС не можуть заправляти
паливом транспорт.
Сигналів світлофора немає - пробки і ДТП
На роботі - немає світла, немає комп'ютера, немає кондиціонера
Підступив голод - де обідати, а як вечеряти?
Увечері повертаюся додому пішки
У будинку довелося підніматися на 13 поверх
Немає світла, немає телевізора, немає музики, немає книг- нудно
Приходять похмурі думки поїхати на дачу і там спробувати вижити без
електрики - але як?
6

7. Різновиди енергії

Виділяють наступні різновиди енергії :
кінетична енергія енергія взаємодії тіл
(потенційна) внутрішня енергія
енергія зв'язку і пов'язані з нею енергія
хімічної реакції
енергія ядерної реакції енергія
електромагнітного поля
енергія вакууму в квантовій теорії поля
темна енергія і темна матерія в космології

8. Одиниці виміру енергії

Джоуль це один [Hьютон метр] = [кілограм
метр2 /секунда2]
Калорія це 4.184 Джоулів
води на 1 градус Цельсія
Btu (British thermal unit) це 1055 Джоулів
(приблизно 1 кДж) нагрівати 1 фунт води на
1 градус Фаренгейта
1 барель нафти - 42 галони (158.988 л) =
5800000 Btu
(Перерахунок простий: в середньому
баррель в добу дорівнює 50 тоннам в рік)
нагрівати 1 грам

9. Трансформація форм енергії

Закон збереження енергія - енергія не
зникає, а трансформується.
Ефективність енергії - відсоток
корисної енергії, яку можна узяти від
системи.
При трансформаціях втрати неминучі
завжди. Приклад - людина. Їжа джерело енергії людського тіла ефективність приблизно 5 відсотків!
Авіаціного двигуна до 40%
Уся історія людства - це історія
опанування людини джерелами енергії!

10. Первинні і вторинні джерела енергії

Електрика, пара, гаряча вода та ін. - вторинний вид енергії, після її
перетворення з первинних джерел
Первинні джерела енергії
Відновлювані
Солнце
Ветер
Тепло Земли
Вода
Биомасса
Не поновлювані
Полезные ископаемые –
нефть, натуральный газ,
уголь, торф, сланец и др.
Уран

11. Види ресурсів енергії

Енергетичні ресурси (джерела енергії) – це матеріальні
об’єкти, в яких зосереджена енергія, придатна для
практичного використання людиною.
Енергоресурси поділяють на первинні та вторинні.
Первинні енергоресурси - це природні ресурси, які не
переробляли і не перетворювали: сира нафта, природний
газ, вугілля, горючі сланці, вода річок і морів, гейзери, вітер
тощо.
У свою чергу, первинні ресурси поділяють на відновлювані і
невідновлювані.
Невідновлювані джерела енергії – це природно утворені та
накопичені в надрах планети запаси речовин, здатних за
певних умов звільняти енергію, що міститься в них. Такими є
викопне органічне паливо (вугілля, нафта, природний газ,
торф, горючі сланці), ядерне паливо.

12. Види ресурсів енергії

Відновлювані джерела енергії – ті, відновлення
яких постійно здійснюється в природі (сонячне
випромінювання, біомаса, вітер, вода річок та
океанів, гейзери тощо), і які існують на основі
постійних чи періодично виникаючих в природі
потоків енергії, наприклад:
сонячне випромінювання (біомаса, енергія сонця, вітру, хвиль);
гравітаційна взаємодія Сонця, Місяця і Землі (наслідком якої є, наприклад, морські
припливи та відпливи);
теплова енергія ядра Землі, а також хімічних реакцій і радіоактивного розпаду в її надрах
(геотермальна енергія джерел гарячої води - гейзерів).
Крім
природних
джерел
відновлюваних
енергоресурсів, сьогодні дедалі більшого значення
набувають антропогенні, до яких належать теплові,
органічні та інші відходи діяльності людства.

13. Відновлювані джерела енергії (ВДЕ)

Згідно з класифікацією Міжнародного енергетичного агентства до
відновлюваних джерел енергії належать такі категорії:
відновлювальні джерела енергії (ВДЕ), які спалюються, та відходи
біомаси:
тверда біомаса і тваринні продукти: біологічна маса, у тому числі будь-які
матеріали рослинного походження, що використовуються безпосередньо як паливо
або перетворюються на інші форми перед спалюванням (деревина, рослинні відходи
і відходи тваринного походження; деревне вугілля, яке одержують з твердої
біомаси);
газ/рідина з біомаси: біогаз, отриманий у процесі анаеробної ферментації біомаси і
твердих відходів, який спалюється для виробництва електрики і тепла;
муніципальні відходи: матеріали, що спалюються для продукування теплової та
електричної енергії (відходи житлового, комерційного і громадського секторів).
Утилізуються муніципальною владою з метою централізованого знищення;
промислові відходи: тверді й рідкі матеріали (наприклад, автомобільні покришки),
що спалюються безпосередньо, зазвичай на спеціалізованих підприємствах, для
виробництва теплової й електричної енергії.

14. Відновлювані джерела енергії (ВДЕ)

гідроенергія: потенційна, або кінетична, енергія води,
перетворена
на
електричну
енергію
за
допомогою
гідроелектростанцій, як великих, так і малих;
геотермальна енергія: теплова енергія, що надходить із земних
надр, зазвичай у вигляді гарячої води або пари. Використовується
для виробництва або безпосередньо як джерело тепла для систем
теплопостачання, потреб сільського господарства тощо;
сонячна енергія: випромінювання Сонця, що використовується для
одержання гарячої води та електричної енергії;
енергія вітру: кінетична енергія вітру, що застосовується для
виробництва електроенергії у вітрових турбінах;
енергія припливів, морських хвиль і океану: механічна енергія
припливних потоків , або хвиль, що використовується для
виробництва електричної енергії.

15. Відновлювані джерела енергії (ВДЕ)

Валовий потенціал ВДЕ – середньорічна кількість енергії, що
міститься у даному виді ВДЕ при повному її перетворенні у
корисну енергію.
Технічний потенціал ВДЕ – частина валового потенціалу,
перетворення якого у корисну енергію можливе при даному
рівні розвитку технічних засобів та при дотриманні вимог по
захисту навколишнього середовища.
Економічний потенціал ВДЕ – частина технічного потенціалу,
перетворення якого у корисну енергію економічно доцільно
при даному рівні цін на викопне паливо, теплову та
електричну енергію, обладнання, матеріали та транспортні
послуги, оплату праці …

16. Відновлювані джерела енергії (ВДЕ)

Економічний
потенціал
відновлюваних
джерел енергії у світі сьогодні оцінюють у 20
млрд. т у.п. на рік, що удвічі перевищує
об’єм річного видобування всіх видів
викопного палива. Ця обставина вказує
найбільш раціональний шлях розвитку
енергетики майбутнього.
Перевага таких джерел енергії:
їх вистачить на мільйони чи навіть на мільярди років;
вони не завдають шкоди природі;
їх використання не змінює енергетичний баланс планети.

17. Прості співвідношення

1 кал = 4.18 Дж => в день человеком потребляется 9.2 МДж из химических
источников.
Сравним это с некоторыми другими пунктами потребления энергии.
Приготовление чая: чайник 1 кВт, 5 мин => 300 кДж
Поездка на лифте: высота 5 этажей по 3 метра, 1 тонна => 150 кДж
Работа на компьютере: 400 Вт, 8 часов => 11.5 МДж
Работа на токарном станке: 5 кВт 8 часов => 144 МДж
Поездка на троллейбусе (150 кВт) в течении получаса => 270 МДж
Поездка на автомобиле 20 кВт 1 час => 72 МДж
Сгорание 3 литров бензина => 99 МДж
Потужність Боинг 77 мегават, Потужність проходческого щита 4 МВт
Вывод:
Основное потребление энергии – промышленность и транспорт.
17

18. Джерела і споживачі енергії (на прикладі США)

18

19.  Этьен Ленуар (1822—1900)

Этьен Ленуар (1822—1900)

20. Ким і в яких об'ємах використовується енергія?

Світове споживання енергії, млн. тонн еквіваленту нафти :
Страны
США
Западная Европа
Китай
Россия
Япония
Индия
Остальные
Мир в целом
2003
2004
Изменение в 2004
относительно 2003
2298.7
1889.1
1204.2
656.9
504.9
350.4
2896.6
9800.8
2331.6
1917.0
1386.2
668.6
514.6
375.8
3030.6
10224.4
1.4%
1.5%
15.1%
1.8%
1.9%
7.20%
3.6
4.3%
Доля в
мировом
потреблении
22.8%
18.6%
13.6%
6.5%
5.0%
3.70%
30.0%
100.0%
в 1990 году - 269,1 миллионов тонн энергии в
нефтяном эквиваленте, В 2010 году
потребление выросло до 118 т. н.э.,
Китай і Індія мають високі темпи розвитку!
І майже половину населення планети!!!
20

21. Хто і яку енергію споживає?

Світове споживання енергії по видах палива в %, 2004 рік:
Нефть
Природный
газ
США
Западная Европа
Япония
Китай
Индия
Россия
Канада
Бразилия
40.2%
39.4%
46.9%
22.3%
31.7%
19.2%
32.4%
44.9%
25.0%
24.2%
12.6%
2.5%
7.7%
54.1%
26.2%
9.1%
24.2%
17.9%
23.5%
69.0%
54.5%
15.8%
9.9%
6.1%
8.1%
12.2%
12.6%
0.8%
1.0%
4.8%
6.7%
1.4%
2.6%
6.3%
4.4%
5.4%
5.1%
6.0%
24.8%
38.6%
Мир в целом
36.8%
23.7%
27.2%
6.1%
6.2%
Страны
Уголь
Атомная
энергия
Гидроэнергет.
Розвинені країни США, Західна Європа і Японія мають близький
розподіл по видах палива
Китай, Індія споживають багато вугілля - проблеми екології
У Росії багато запасів і споживання природного газу
У Бразилії і Канаді добре поставлена гідроенергетика
21

22. Структура виробництва електроенергії у світі, 2006 р.

Країна
Млрд
кВт.годин на
рік
Вугілля
Нафта
Газ
Атомна енергія Гідроенергія
Інші види
США
4003,5
52,7
3,1
15,7
20,0
6,2
2,2
Франція
535,8
5,8
1,4
2,1
77,5
12,5
0,7
Німеччина
567,1
52,7
0,8
9,3
29,9
3,8
3,4
Англія
372,2
33,4
1,5
39,4
22,9
1,4
1,4
Італія
269,9
11,3
31,8
37,5
-
16,4
3,0
Іспанія
221,7
36,5
10,2
9,1
28,1
12,8
3,4
Україна
173,0
31,9
0,6
16,8
45,1
5,6
1,0
Швеція
145,9
2,1
1,2
0,3
39,3
54,1
3,0
Норвегія
142,4
0,1
-
0,1
-
99,5
0,3
Данія
36,2
46,0
12,2
24,3
-
0,1
17,4

23. Динаміка основних видів світового споживання енергії (млн. тонн в нафтовому еквіваленті в рік)

Нафта, газ і вугілля - основне джерело енергії
Гидро- і атомна енергетика по 5 %. Аварія в
Чорнобилі
стримує зростання атомної енергетики
23

24. Зростання світового енергоспоживання. Джерела: Energy Information Administration (EIA), International Energy Overlook 2005.

21
Полное энергопотребление в мире,Q (10 Дж)
Зростання світового енергоспоживання. Джерела: Energy Information
Administration (EIA), International Energy Overlook 2005.
0.95
0.90
0.85
0.80
прогноз
0.75
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
статистика
0.45
0.40
0.35
0.30
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
годы
24

25. Деякі загальні цифри

Q=1021 Дж. 1 кВт час=3.6 106 Дж
На Землю щорічно падає від Сонця
3300 Q.
(приблизно половина відбивається)
На увесь фотосинтез витрачається
1,2 Q/рік.
Вітер, атмосферні течії
11 Q/рік.
Гідроенергія
0,1 Q/рік.
За усю історію аж до ХХ століття людство витратило
приблизно
1 Q.
У 1995 році 0,4 Q.
Прогноз на 2020 - 0,6 Q.
Межею річного споживання нині вважається 0,1% від
енергії Сонця, тобто 3,3 Q
25

26. Приблизительная оценка энергоресурсов Земли. Источники: Energy Options for the Future, Meeting at US Naval Research Laboratory

Енергоносій
Нефть
Газ
Уголь
2,85х1011 т.
2-3 х 1011 т
9.74х1012т.
~ 13.3 Q
~ 8Q
297 Q
~108т
~5000 Q
Уран и торий
Дейтерий
Запас енергії
2.5 х 1013 т
~1.5х1010 Q
Источники:
[2.1] Energy Options for the Futureб Meeting at US Naval Research Laboratory,
11-12 March 2004
26

27. Коливання ціни на нафту

28. Основні екологічні наслідки енергетики

•Використання енергії хімічного зв'язку - при
спалюванні палива виділяються безпосередньо
небезпечні для людини гази (наприклад, оксиди
азоту); гази, що створюють парниковий ефект
(див. нижче); утворюються зола і шлак, що
містять шкідливі компоненти (в т.ч.
радіоактивні), використання шлаку ускладнене, а
складування займає великі площі; порушується
тепловий баланс територій, прилеглих до ТЭС;
здобич палива, особливо відкритим методом,
завдає шкоди довкіллю.
•Використання енергії ядерного зв'язку видобуток і переробка палива завдає шкоди
довкіллю; порушується тепловий баланс
прилеглих водоймищ; труднощі в переробці або
похованні відпрацьованого палива і
радіоактивних матеріалів; можливі
найнебезпечніші нештатні ситуації.
•Використання потенційної енергії (ГЭС) затоплення прилеглих територій; порушується
водний баланс (перезволоження місцевості);
великий випар з величезних площ водосховищ міняється клімат; втрачаються нерестовища риб.
28

29.

Альтернативні (поновлювані) джерела енергії
– це джерела енергії природного походження, які
постійно поповнюються. До них відносяться:
- енергія сонця (сонячні колектори);
- енергія вітру (вітрогенератори);
- енергія води (гідроелектростанції);
- геотермальна енергія
- біопалива

30. Альтернативні палива

альтернативні транспортні палива:
зріджений нафтовий газ,
синтетичні палива
біопалива
природний газ
суміші, що містять не менше 85% спирту,
водень
електроенергія.
Альтернативні авіаційні палива:
біо- і кріогене паливі,
газ
сонячні батареї.

31. Прогресивні способи енергетичного використання конверсію традиційних палив

газифікація твердих палив з подальшою виробленням енергії з
газового теплоносія шляхом спалювання;
зрідження твердих палив через газифікацію;
отримання рідких палив з природних газів;
пряме зрідження твердих палив(ггідрогенізація);
псевдозрідження твердих палив(кіпящий шар);
ресурсо- та енергозберігаючі технології.
При цьому виділяються в особливі напрямки:
одержання і застосування водню (воднева енергетика);
виробництво альтернативних моторних палив (етанол,
біодизель, та ін.).

32. Законодавчі рамкові умови і пільгові тарифи для ВДЕ

Законодавчу основу для виробництва відновлюваної
енергії утворюють:
Закон "Про альтернативні види рідкого та газоподібного
палива" від 14 січня 2000 р., № 1391-ХІV, з доповненнями від
21 травня 2009 р. № 1391-ІV;
Закон "Про альтернативні джерела енергії" від 20 лютого 2003
р. № 555-ІV, з доповненнями від 25 вересня 2008 року, № 601VI.

33. Законодавчі рамкові умови і пільгові тарифи для ВДЕ

Перший закон визначає принципи політики сприяння, другий - державні
механізми регулювання.
Щоправда, у зазначених документах, як і раніше, відсутні конкретні
заходи підтримки.
Оскільки ВДЕ сьогодні ще не конкурентоспроможні, інвестиційні
рішення приватних підприємств суттєвою мірою залежать від форм
державної підтримки.
Перші заходи сприяння були ухвалені у законі про запровадження так
званих "зелених тарифів" від 25 вересня 2008 р. (№601-VI). Закон
містить доповнення до законів "Про електроенергетику" та "Про
альтернативні джерела енергії".
Закон "Про електроенергетику" визначає спеціальні тарифи для тієї
електроенергії, яка виробляється із альтернативних джерел.
Закон
зобов'язує
операторів
мереж
(обленерго)
купувати
електроенергію у генеруючих компаній і подавати її в мережі, якщо
виробництво здійснюється із визначених у Законі відновлюваних
джерел.

34. Законодавчі рамкові умови і пільгові тарифи для ВДЕ

Точний розмір тарифів, що сплачуються генеруючим компаніям,
визначається через "зелений оптовий тариф" та через розроблені
національним регулюючим органом (Національною комісією
регулювання електроенергетики - НКРЕ) коефіцієнти для
відповідних генеруючих технологій.
Чинний в даний час "зелений оптовий тариф" на електроенергію був
уперше визначений НКРЕ 15 січня 2009 р. у розмірі 0,6624
грн./кВт·год до сплати податку на додану вартість.
Потім на цій основі визначаються ціни на окремі енерготехнологїї
шляхом множення "зеленого тарифу" на відповідний коефіцієнт.

35. Законодавчі рамкові умови і пільгові тарифи для ВДЕ

Коефіцієнти для різних видів генерації є такими:
1,2 для електроенергії від ВЕУ потужністю до 600 кВт;
1,4 для електроенергії від ВЕУ потужністю від 600 до 2000 кВт;
2,1 для електроенергії від ВЕУ потужністю понад 2000 кВт;
2,3 для електроенергії з біомаси;
4,8 для електроенергії від наземних об'єктів сонячної енергетики;
4,4 для електроенергії від сонячних електроенергетичних об'єктів
потужністю до 100 кВт встановлених на дахах;
4,6 для електроенергії від сонячних електроенергетичних об'єктів
потужністю понад 100 кВт;
0,8 для електроенергії, виробленої малими гідроелектростанціями.

36. Законодавчі рамкові умови і пільгові тарифи для ВДЕ

Станом на 1 січня 2009 р. була встановлена роздрібна ціна у розмірі
1,3446·грн./кВт·год до сплати податку на додану вартість.
Генеруючі компанії, які використовують відновлювані джерела енергії,
мають також право на безпосереднє постачання кінцевому споживачу, якщо
він готовий платити "зелений тариф", що з огляду на субсидування ціни на
електроенергію для приватного використання (0,024 евро) не видається
імовірним.
Закон передбачає поступове скорочення коефіцієнтів при сплаті тарифів
для новоспоруджених установок.
Відповідно до цього:
після 2014 р. коефіцієнт зменшується на 10%;
після 2019 р. - на 20%;
після 2024 р. - на 30%.
"Зелений тариф" діятиме до 2030 р.
Закон також передбачає захист інвесторів від девальвації, прив'язуючи
"зелений тариф" до обмінного курсу євро станом на 1 січня 2009 р. (1 євро =
10,85546 грн.).

37. РОЗВИТОК АЛЬТЕРНАТИВНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ ЯК ІНСТРУМЕНТ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ БЕЗПЕКИ УКРАЇНИ