Atsinaujinantys energijos šaltiniai
1. Turinys
2. Įvadas 2
3. Saulės energija 4
3.1. Saulės energija Lietuvoje 6
4. Vėjo energija 8
4.1. Vėjo energija Lietuvoje 9
5. Vandens energija 9
5.1. Vandens energija Lietuvoje 10
6. Žemės (geoterminė energija) 11
6.1. Geoterminė energija Lietuvoje 12
7. Biomasės energija 13
7.1. Biomasės naudojimą energijos gamybai Lietuvoje 14
8. Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo tendencijos 16
9. Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimą skatinantys veiksniai 17
10. Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimas Lietuvoje 18
11. Išvados: 20
Referato tikslas: Referato tikslas yra susipažinti su atsinaujinančių išteklių naudojimu pasaulyje bei Lietuvoje. Kadangi pasaulyje elektros energijos poreikis vis didėja, o tradiciniai jos gavimo būdai vis labiau kenkia gamtai, labai svarbūs tampa alternatyvieji energijos šaltiniai. Taigi turime suprasti atsinaujinačių išteklių svarbą bei naudingumą. Referato tikslas yra ne tik aprašyti aatsinaujnančių išteklių naudą, bet ir aptarti jų ateities perspektyvas, naudojimo tendencijas, aptarti kiekvieną atsinaujinančios energijos šaltinį plačiau, bei aprašyti jų naudojimo pranašumus bei trūkumus.
Įvadas
Trys ketvirčiai elektros energijos pasaulyje išgaunama kūrenant fosilinį kurą arba branduolinėse jėgainėse. Šie kuro šaltiniai ankščiau ar vėliau išseks. Be to, deginamasis fosilinis kuras nepalankiai veikia aplinką, o branduolinis kuras, įskaitant jo gavimą ir atliekų saugojimą, dar ir labai brangus. Žinoma ir kitų būdų gauti elektros energiją be taršos ir nerizikuojant, kad ji kada nors baigsis. TTai atsinaujinantys energijos šaltiniai, t.y. tokie, kurie niekada nesibaigia ir yra praktiškai nemokami: saulės energija, vėjo energija, potvynių energija, upių energija, biomasės energija ir t.t.
Atsinaujinantys energijos ištekliai: saulė, vėjas, vanduo – labai ekologiški. Saulė ir vėjas papildo vienas kitą &– jei yra saulė, tai dažniausiai nėra vėjo, jei nėra saulės, tai dažnai yra vėjas. Saulės – vėjo energijos komplektas būtų gana patogus, jei ne palyginti vis dėlto nedidelė jo teikiama energija, be to, priklausanti nuo metų, paros pokyčių.
Atsinaujinančiųjų šaltinių energetika siejama su aplinkos taršos mažinimu ir pasaulinio atšilimo proceso lėtinimu, naujų darbo vietų kūrimu, priklausomybės nuo nuolat brangstančio importuojamo iškastinio kuro mažinimu, su sparčiai senkančių šio kuro išteklių taupymu ir su naujųjų ekologiškai švarių energijos gamybos technologijų kūrimu bei tobulinimu. Kadangi iškastinio kuro atsargos yra baigtinės, šių naujųjų technologijų kūrimas yra labai aktualus ir neišvengiamas. Energijos suvartojimas pasaulyje nuo 1950 m. padidėjo keturis kartus. Pasaulinė statistika teigia, jog kasmet elektros energijos suvartojimas padidėja apie 1,6%. Išsivysčiusiose šalyse daugiausia energijos ssuvartojama namų ūkyje, besivystančiose – pramonėje. 1987m. vienam Žemės gyventojui pirminės energijos galingumas sudarė vidutiniškai 2,2 kW, arba 2,2 t anglių per metus. Išsivysčiusiose šalyse jis buvo 6,5 kW, o besivystančiose – 0,73 kW. Pavyzdžiui, JAV gyventojai sudaro 6 proc. Žemės gyventojų, bet suvartoja trečdalį visos pasaulyje pagaminamos energijos. Prognozuojama, kad komerciniai naftos ir gamtinių dujų ištekliai baigsis gana greitai – maždaug po 4-6 dešimtmečių, todėl 21 amžius bus perėjimo prie naujų energijos gamybos technologijų amžiumi. Todėl neatsitiktinai energetikos plėtrai aatsinaujinančiųjų šaltinių pagrindu teikiama išskirtinė reikšmė.
Pasaulyje šiuo metu iš atsinaujinančiųjų šaltinių gaunama apie 13 % energijos, tačiau yra techninis potencialas gaminti 120 kartų daugiau. Europos Sąjungoje atsinaujinantys energijos šaltiniai sudaro 6 proc. visos sunaudojamos energijos, iš jų 3 proc. tenka hidroenergetikai. Palaipsniui bus plečiamas atsinaujinančiųjų šaltinių energijos naudojimas. 2010 m. planuojama 7 % elektros energijos pagaminti iš atsinaujinančiųjų šaltinių.
ES šalių ir kai kurių šalių –kandidačių el. energijos dalis, generuojama iš atsinaujinančių energijos išteklių 1997 metais , bei numatyti įsipareigojimai padidinti šią dalį iki 2010 metų.
Atsinaujinančių energijos šaltinių
vertinimo kriterijai
Vertinant atsinaujinančios energijos šaltinius išsiskiria du kraštutiniai požiūriai: pirma, akivaizdžiai pervertinama atsinaujinančių šaltinių reikšmė šalies energetikai artimiausioje ateityje, antra, stengiamasi visiškai sumenkinti atsinaujinančios energijos vaidmenį, neatsižvelgiant į jos perspektyvumą. Šį požiūrį išreiškia tradicinės atominės ir šiluminės energetikos besąlygiški šalininkai. Objektyviai įvertinti atsinaujinančių energijos šaltinių reikšmę, perspektyvumą bei prioritetus galima tik kompleksinių mokslinių tyrimų pagrindu.
Atsinaujinantys energijos šaltiniai turėtų būti vertinami vadovaujantis tokiais kriterijais:
1) energetinio balanso požiūriu, t.y. energijos kiekio, sunaudoto šiam šaltiniui įsisavinti, ir iš jo gauto energijos kiekio santykiu;
2) ekonominiu požiūriu, konkrečiai lyginant su tradiciniais energijos šaltiniais;
3) ekologiniu požiūriu, t.y. vertinant įtaką žmonių sveikatai, gyvūnijai, žemės ūkiui ir kitiems ūkio objektams;
4) socialiniu požiūriu, t.y. vertinant papildomą darbo vietų kūrimą ir atskirų rregionų vystymą;
5) energijos tiekimo bendrojo patikimumo ir saugumo požiūriu.
Tenka pažymėti, kad toli gražu ne visos atsinaujinančios energijos technologijos atitinka pirmus du kriterijus. Antrąjį kriterijų atsinaujinančios energijos technologijos dažnai tenkina, jei įvertinama žala žmonėms ir aplinkai, kurios išvengiama pereinant prie atsinaujinančios energijos. Tuo tarpu pirmasis kriterijus turi labai svarbią reikšmę ir, jei jis nepatenkinamas, tokia technologija neperspektyvi.
Planuojant tyrimus atsinaujinančios energijos šaltinių srityje, be minėtų kriterijų, tenka atsižvelgti į atsinaujinančio šaltinio perspektyvumą, tiksliau sakant, techninių ekonominių rodiklių gerinimo potencialą.
Pasaulyje atsinaujinantys energijos šaltiniai per paskutinuosius 10-15 metų buvo aktyviai tiriami bei tobulinami ir jų techniniai ekonominiai rodikliai labai pagerėjo. Pavyzdžiui, vėjo jėgainių Danijoje lyginamasis metinis našumas nuo 1980 iki 1990 m. padidėjo 1,8 karto. Nuo 1985 iki 1995 m. Japonijoje pramoninės gamybos silicio fotoelementų naudingumo koeficientas padidėjo beveik 1,4 karto.
Atskiri atsinaujinančios energijos šaltiniai bei jų naudojimas yra labai nevienodo lygio. Pavyzdžiui, Lietuvoje mažoji hidroenergetika yra komercinė, o fotoelektriniai įrenginiai – tik demonstracinio lygio. Tačiau fotoelektros naudojimas yra labai perspektyvus.
Saulės energija
Saulė 750 kartų sunkesnė už visas mūsų galaktikos planetas, ji yra galaktikos centre, sudaro trauką, todėl apie ją sukasi visos kitos planetos. Jos skersmuo – 1,4mln. km (109 kartus didesnis už Žemės).
Saulė – tai didžiulis termobranduolinis reaktorius, kurio centre tempertūra apie 10 mln. KK (Kelvinų), slėgis maždaug mlrd. KPa. Tokiomis sąlygomis vyksta termabranduolinės sintezės reakcijos ir išsiskiria milžiniški šilumos kiekiai. Saulės centre susidaro didelė energijos gama .Toliau esantys Saulės sluoksniai tik perduoda spinduliavimo energiją į paviršių. Šiuose sluoksniuose esantys atomai ir branduoliai, sugerdami didelį energijos kvantą, išspinduliuoja keleta mažesnės energijos kvantų. Paviršių pasiekia mažos energijos kvantai: rentgeno, ultravioletiniai, matomieji ir infraraudonieji spinduliai.
Tik truputį daugiau kaip per 8 minutes saulės spinduliai, nuskrieję 150 milijonų kilometrų, pasiekia žemės paviršių. Didžiąją dalį saulės spindulių sudaro trumposios (bangų ilgis 0,3 – 3,0 mm) elektromagnetinės bangos. Apie 35 proc. šios energijos Žemė atspindi atgal į kosmosą, o likusioji dalis sunaudojama žemės paviršiui šildyti, išgarinimo-kondensacijos ciklui, bangoms jūrose, oro ir vandenynų srovėms bei vėjui atsirasti.
Didėjant organinio kuro suvartojimui pasaulyje, didėja ir atmosferos užterštumas CO2. Jo kiekis atmosferoje yra beveik 25 proc. didesnis negu prieš šimtą metų. Išsivysčiusiose pasaulio šalyse dedama daug pastangų sumažinti CO2 išsiskyrimą ir atitolinti ekologinę katastrofą. Vienas kelių šiam tikslui pasiekti – kuo plačiau naudoti saulės energiją.
Papraščiausias būdas panaudoti saulės spindulių energiją buvo sumanyta dar Archimedo. Jis daugybe veidrodžių saulės zuikučius nukreipė į priešų laivą ir taip jį padegė. O pirmasis saulės spindulių gaudyklę 1770m. sukūrė šveicarų fizikas H. Sosiūras. Tai buvo dėžė, uždengta
dviem – trimis stiklo lakštais, dėžės šonai gerai izoliuoti, o dugnas padengtas juodais matiniais dažais. Saulės spindulių apšviestoje dėžėje buvo gauta 110 oC temperatūra. Tai paaiškinama šitaip. Saulės spinduliai, išskyrus ultravioletinius ir infraraudonuosius, praeina pro stiklą ir susigeria į juodą dugną. Dėžė šyla. Kyla dugno temperatūra ir jis vis intensyviau spinduliuoja gautą energiją. Tačiau dėl neaukštos dėžės dugno temperatūros, spinduliavimas vyksta bangos ilgiu, didesniu už 5mm, o tokių spindulių stiklas nepraleidžia. Maksimali temperatūra Sosūrio dėžėje dėl šilumos nuostolių į aplinką ssiekia 200 oC.
Šiais laikais vienas paprasčiausių būdų – saulės viryklių ir krosnių naudojimas maistui gaminti. Daugelyje pasaulio vietovių saulės gėlintuvais gėlinamas vanduo, saulės džiovyklose džiovinami įvairūs maisto produktai. Dabar saulės energija daugiausia paverčiama šiluma ir elektra. Pasaulyje ir Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama vandeniui ir pastatams šildyti. Kaip saulės energiją galima versti į šiluminę?
Pagrindinis šiam reikalui skirtas įrenginys yra saulės kolektorius. Visi saulės kolektoriai turi bendrą elementą – šilumą sugeriančią plokštę – absorberį arba tūrinį šilumos kaupiklį. Šilumos nnešėjas gali būti skystis ar oras. Pagal pasiekiamą temperatūrą saulės kolektoriai skirstomi į žemos, vidutinės ir aukštos temperatūros. Kolektoriai gali būti fokusuojantys ir plokšti. Fokusuojančiuose saulės kolektoriuose saulės spinduliai patenka į išgaubtą veidrodinį paviršių, nuo kurio atsispindėję koncentruojasi ant absorberio ssu šilumos nešėju ir sušildo jį iki vidutinių ir aukštų temperatūrų. Šie saulės kolektoriai priima tik tiesioginę saulės spinduliuotės dedamąją, o nepriima sklaidžiosios, kuri mūsų platumose gali sudaryti iki 40 proc. visos spinduliuotės. Tai – didžiausias jų trūkumas. Kad toks koncentratorius efektyviai veiktų, būtina įrengti sekimo sistemą. Daug paprastesni ir pigesni, sugeriantys visą patenkančią spinduliuotę, yra plokštieji kolektoriai. Jų sudėtinės dalys yra šios:
a) skaidri apsauginė danga (stiklas, organinis stiklas, plastmasinės plėvelės) trumpabangiams Saulės spinduliams praleisti ir sulaikyti infraraudoniesiems, taip pat apsaugoti šilumą sugeriančią plokštę nuo atmosferos poveikio. Stiklas yra geras šviesos laidininkas, ilgaamžis, tačiau sunkus ir neatsparus smūgiams. Skaidrios plastmasės yra lengvos ir nebrangios, bet veikiamos ultravioletinių spindulių po kelerių metų darosi mechaniškai nepatvarios, be to, jos neatsparios iir aukštoms temperatūroms;
b) saulės energiją sugerianti plokštė (absorberis) paverčia saulės spindulinę energiją šiluma ir perduoda šilumos nešėjui. Absorberiui tinkamiausios medžiagos yra varis, aliuminis, įvairių rūšių plienas. Absorberį galima pagaminti iš juodų plastmasinių vamzdžių išdėstant juos lygiagrečiai tam tikru atstumu vienas nuo kito arba iš vieno ilgo vamzdžio, susukant jį į plokščią spiralę. Toks kolektorius net ir apsiniaukusią dieną gali duoti nors ir nedaug, bet reikiamos temperatūros karšto vandens. Absorbuojančios plokštės paviršinis, dengiamasis sluoksnis turi gerai sugerti trumpųjų bangų spinduliavimą iir mažai išspinduliuoti ilgąsias bangas. Tam naudojamos selektyvios dangos, kurios padengiamos galvaniniu, cheminiu ar mechaniniu būdu. Selektyvioms dangoms tinkamiausios cheminės medžiagos yra amonio sulfatas, nikelis, cinkas ir kt. Be šių dviejų saulės kolektorių tipų, naudojami stikliniai vakuuminiai kolektoriai. Šiuo metu pasaulyje gaminamų plokščiųjų vakuuminių kolektorių naudingumo koeficientas yra didesnis už plokščiųjų ir siekia 60 procentų.
Saulės energiją galime tiesiogiai versti elektra. Tai atliekama puslaidininkiuose. Jei į 1 cm2 fotoelementą krinta 100 mW šviesos srautas, galima gauti 10-18 mW elektros galią. Šiuo metu pramoninės gamybos fotoelementų efektyvumas siekia 13-15 proc., o eksperimentinių pavyzdžių – 30 procentų. Saulės elementai gali būti formuojami bet kokiame puslaidininkyje. Daugiausia paplitę silicio saulės elementai, nes gerai ištirtos jų fizinės ir technologinės charakteristikos. Saulės elementai gali būti gaminami iš monokristalinio, polikristalinio bei amorfinio silicio.
Saulės elementams gali būti naudojami galio arsenidas (GaAs), indžio fosfidas (InP), kadmio telūridas (CdTe). Galio arsenido saulės elementai savo parametrais pralenkia monokristalinio silicio saulės elementus, nes jų didesnė įtampa, stipresnė absorbcija, todėl galima naudoti plonesnį sluoksnį. Galio arsenidas brangus, todėl dažniausiai naudojamas tik kosmose ir eksperimentinėse sistemose su koncentratoriais. Tokių laboratorinių pavyzdžių efektyvumas siekia 28 procentus.
Daugiau kaip prieš dešimtį metų pradėti tyrimai, siekiant surasti organinę medžiagą, kuri būtų jautri saulės šviesai ir tiktų ssaulės elementų gamybai. Dauguma organinių medžiagų trumpaamžės ir mažai efektyvios. Tačiau jau pavyko sukonstruoti saulės elementus, kurių efektyvumas siekia 10 proc. ir veikimo laikas ne mažesnis kaip 10 metų. Jų šviesos absorbcija ir krūvių separavimas yra atskirti. Saulės šviesą sugeria chemiškai absorbuotas organinio dažo monosluoksnis – fotoelektrocheminis elementas.
Visi aukščiau aptarti saulės elementai yra trapūs, paviršius lengvai pažeidžiamas, neapsaugotas nuo išorės poveikio, gamina tik 0,5 V nuolatinę įtampą. Todėl jie nuosekliai jungiami į grupes (modulius). Modulyje saulės elementai iš abiejų pusių apsaugoti skaidraus stiklo lakštais. Moduliai naudojami stogo ir sienų konstrukciniuose elementuose ir privalo būti atsparūs drėgmei, šalčiui, estetiški. Tokie moduliai vis labiau populiarėja Europoje. Vokietija, Austrija, Šveicarija yra paskelbusios “1000 stogų” programas, kuriose valstybė įsipareigoja remti individualių namų savininkus, įsirengusius fotoelektrines saulės jėgaines. Kalno šlaite prie Taškento sumontuota keliasdešimt 7´7 m dydžio veidrodžių. Jie automatiškai sukiodamiesi, gaudo Saulės spindulius ir atspindi į parabolinį veidrodį. Saulės spinduliai fokusuojami į lydimosi krosnį, kuri įkaitinama iki 3500 K temperatūros. Joje vakuumo sąlygomis gaunami ultrašvarūs metalai ir jų lydiniai. Armėnijoje suprojaktuota Saulės elektrinė, kurios galia 1200kW ir kuri kasmet gamintų 2,2 mln KWh elektros enregijos. 1293 veidrodžiai būtų sumontuoti ant specialių vežimėlių, judančių koncentriškais geležinkelio bėgiais paskui Saulę. Atspindėti spinduliai būtų sunčiami į ssferinį paviršių, kurio centre ant 35 m aukščio bokšto stovėtų garo katilas. Jame pagamintas garas būtų naudojamas turbinai sukti.
Saulės energiją naudoti sunku, nes energijos tankis nedidelis, todėl reikia turėti didelio ploto koncentratorius. Pavyzdžiui, minėtajai elektrinei veidrodžių plotas sudarytų 18 tūkst. m2 . Daug Saulės spindulių energijos išsisklaido jonosferoje ir Žemės paviršiaus nepasiekia. Jų galia yra apie 10 kW, arba 10 tūkst. elektrinių po 1mln. kW galios kiekvienai. Šios enrgijos naudojimą nagrinėja kosminė energetika. Užsienio specialistai siūlo Saulės elektrines montuoti žemės palydovuose, kurie būtų 36tūkst. km aukštyje virš fiksuotos Žemės vietos. Pagamintą elektros energiją siūloma versti elektromagnetiniais spinduliais ir juos perduoti į priėmimo stotis Žemėje.
Naudojant Saulės energiją, būtų sutaupoma organinio kuro ir, svarbiausia, nebūtų teršiamia biosfera. Nepaisant fotoelektros naudojimo privalumų, platų jos pritaikymą stabdo gana didelės pagamintos elektros energijos kainos.
Saulės energija Lietuvoje
Lietuvos teritorija apima 65 200 km2 plotą. Įvairiose Lietuvos vietovėse per metus į horizontalaus paviršiaus kvadratinį metrą patenka nuo 926 kWh/m2 metus (Biržai) iki 1042 kWh/m2 metus (Nida) saulės spindulinės energijos. Vidutiniškai Lietuvoje ši krintanti energija sudaro ~1000 kWh/m2 metus. Lietuvoje yra ~150 km2 namų stogų, kurie gali buti panaudoti fotoelektros saulės jėgainėms įrengti. Į juos krinta 1,5.1011 kWh/metus saulės spindulinės energijos. Esant saulės elementų efektyvumui 15%, iš
jėgainių, įrengtų ant stogų, galima gauti 2,25.1010 kWh/ energijos per metus. Taigi, įrengtos ant visų namų stogų fotoelektrinės saulės jėgainės turėtų galią lygią Lietuvos elektros jėgainių galiai. Krintanti į žemės paviršių saulės spindulinė energija kinta priklausomai nuo metų laikų, paros laiko ir meteorologinių sąlygų. Taip, energija krintanti lapkričio, gruodžio, sausio mėnesiais sudaro tik 10% energijos, krintančios gegužį, birželį, liepą. Naktį energija artima nuliui, stipriai apniukusią dieną – sudaro tik kelis procentus nuo giedrą dieną krintančios energijos.
Fotoelektrinė saulės energija, kaip vienintelis nnuolatinis energijos šaltinis gali būti panaudojama tik turint galimybę ją akumuliuoti, tokiu būdu perdengiant energijos nepakankamumą, sukeltą sezoninių, paros ir meteorologinių kitimų. Šiuo metu naudojami trys akumuliavimo būdai: elektros akumuliatoriuose, vandens akumuliaciniuose baseinuose, jungiantis prie valstybinio elektros tinklo per reversinius skaitiklius. Perspektyvus kompensacijos būdas – jungimas su vėjo jėgaine. Esama atvejų, kai akumuliacija nereikalinga (pvz., tiltų, požeminių įrengimų katodinė apsauga).
Šiuo metu Lietuvoje fotoelektrinių jėgainių nėra. Nepaisant to, kad fotoelektros potencialas nepalyginamai didesnis už kitų atsinaujinančių energijos rūšių potencialą kartu ssudėjus, kad ji yra ekologiškiausia, jos plėtrą stabdo didžiausia instaliuoto vato kaina, kuri kol kas keletą kartų viršija įprastinės elektros energijos kainą. Šį rodiklį galima pagerinti dviem būdais: didinti saulės elementų efektyvumą, iš to paties ploto gaunant didesnį elektros energijos kkiekį ir mažinant elemento kainą. Čia neužtenka kosmetinių patobulinimų. Situaciją gali pakeisti iš esmės tik nauji technologiniai principai ir naujos medžiagos.
Lietuva yra sukūrusi monokristalinio silicio saulės elementų gamybos technologiją, kuri leidžia gaminti 13% efektyvumo saulės elementus. Ji yra pajėgi sukurti naują, formavimosi principais pagrįstą technologiją, didinačią saulės elementų efektyvumą (15%) ir mažinančią jų gamybos kaštus trečdaliu.
.Tai aprūpintų ne tik Lietuvos reikmes, bet taptų vienu iš aukštųjų technologijų gaminiu eksportui. Planuojama įrengti demonstracinę fotoelektrinę saulės jėgainę (komplekse su vėjo jėgaine) Lietuvos jūros muziejuje, turistų gausiai lankomoje zonoje. Jėgainė aprūpintų delfinariumo reikmes.
Numatoma taip pat įrengti įvairios paskirties fotoelektrines saulės jėgaines, tikslu nustatyti jų efektyvumą Lietuvoje:
· 150W (vandeniui tiekti, vasarnamių energetikai, besikūriančių ūkininkų minimalioms reikmėms)
· 3-5kW (autonominė jėgainė)
· 3-5kW (jėgainė, pprijungta prie tinklo)
· 3-5kW (požeminio įrenginio ar tilto katodinei apsaugai)
· 15W (ženklams autostradose apšviesti)
Taigi realiai šiuo metu saulės energiją galima naudoti tik šiluminiams tikslams – įrengti saulės kolektorius vandeniui, patalpoms šildyti ir žemės ūkio produkcijai džiovinti. Nesant skatinimo ir rėmimo naudoti saulės kolektorius vandeniui šildyti ekonomiškai neapsimoka. Pradėti tyrimai norint pagrįsti saulės energijos naudojimą patalpoms šildyti. Tačiau realiai veikiančių šildymo sistemų kol kas neturime.
Vėjo energija
Vis labiau populiarėjanti energijos rūšis yra vėjo energija. Jos šaltinis taip pat yyra Saulė. Ta nedidelė jos spindulių dalis, kur pasiekia Žemės paviršių, nevienodai šildo orą ir verčia jį atmosferoje judėti. Oro masių judėjimas vadinamas vėju. Vėjas gali atlikti ir ardomąjį darbą, tačiau gali būti ir naudingas. Oro judėjimas horizontalia kryptimi iš aukšto slėgio į žemo slėgio sritį gali sukelti vėją, kurio greitis žemės paviršiuje siekia nuo kelių metrų per sekundę (esant silpnam vėjui), iki 50-100m/s (esant stipriam uraganiniam vėjui). Į Lietuvą įsiveržiančio viesulo greitis paprastai neviršija 50-70m/s. Būna vadinamų tykos, arba štilio laikotarpių, kai slėgio gradientai labai maži ir susidaro bevėjis oras arba vėjo greitis neviršija 0, 3m/s. Vėjo energija sudaro apytikriai 2% Žemę pasiekiančios Saulės radiacijos energijos.
Vėjo energija buvo naudojama dar prieš tris tūkstantmečius iki mūsų eros. Ja buvo varomi Egipto burlaiviai. Pirmieji vėjo varikliai sausumoje buvo sukurti V a. Persijoje ir buvo naudojami laistymui tiekiamo vandens siurbliams sukti. XIXa. Pradžioje Europoje pasirodė vėjiniai malūnai. Jų tebėra ir Lietuvoje. Mūsų amžiaus pradžioje Danijoje vėjo energija pradėta transformuoti į elektrą. Vėjo energiją visų pirma stengiamasi panaudoti tokiems gamybiniams procesams, kuriems galimos energijos tiekimo pertraukos arba galima sudaryti tam tikras produkto atsargas- drėkinimui, drenažui, grūdams malti, elektros akumuliatoriams krauti. Vėjo energijos nereikia transportuoti, nes vėjas pats atkeliauja iki vėjo variklio. Tai yypač svarbu sunkiai prieinamuose vietovėse – stepėse, kalnuose, dykumose.
Siekiant pagerinti gamtosaugines sąlygas, Vakarų Europos šalyse (Danija, Vokietija, Olandija ir t.t.) ypač plačiai naudojama vėjo energija. Šiuolaikinėse jėgainėse vėjo energija verčiama į elektros energiją, kuri naudojama buityje, o perteklius atiduodamas į tinklą.
Vėjo malūnai ir siurbliai jau daug amžių naudojami įvairiuose šalyse, jie mechaninę vėjo energiją pakeisdavo mechanine mechanizmų judėjimo energija. Dabar taip pat naudojami modernūs “vėjo malūnai”, tik jie nieko nemala, o gamina elektros energiją.
Vėjo turbinų mentės sukasi vertikalioje plokštumoje, bet kartu su visu generatorium gali pasisukti horizonaliai, kad visada būtų prieš vėją. Vėjo malūnai taip pat turėdavo tokius, tik rankomis pasukamus prieš vėją sparnus. Dabartinės vėjo turbinos prieš vėją atsisuka automatiškai. Kitokios vėjo turbinos, besisukančios ant vertikalios ašies, visiškai indiferentiškos vėjo krypčiai.
Paprasta vėjo turbina turi 25m ilgio mentes. Tokio vėjo generatoriaus gaminamos elektros energijos pakanka nedidelei bendruomenei buitinėms reikmėms. Tokias turbinas patogu naudoti salų ar pakrančių kaimams, nes ten visada gana vėjuota, o iš centralizuotos elektros energijos tiekimo sistemos nutiesti elektros perdavimo linijas brangu ir nepriimtina estetiniu požiūriu.
Dažniausiai vėjo turbinos įrengiamos grupėmis, vadinamomis vėjo fermomis. Didžiausia dabar veikianti vėjo ferma įrengta Danijoje, panaši yra JAV. Pastaruoju metu Europos šalyse vėjo energijos naudojimas ypač suintensyvėjo. Pirmauja Vokietija, kur vvėjo jėgainių (VJ) instaliuota galia 2002 metų gale pasiekė virš 12000 MW, po to seka Ispanija – 4830 MW, Danija – 2880 MW ir t.t. Baltijos šalyse pirmauja Latvija, kur paskutiniais metais VJ instaliuota galia viršija 22 MW. Latvija skatina vėjo energetiką savo šalyje nustačiusi iš vėjo gautos elektros energijos supirkimo kainą 44 ct/kWh. Tokios vėjo fermos veikia kaip vieno gigavato galios elektrinė, kai pakankamai stiprus vėjas.
Vėjo turbinas dažnai stato pakrantėse, bet dar patogiau jas įtaisyti netoli jūros kranto, nes ten labiau vėjuota, o sparnų metami šešėliai netrukdo gyventojams.
Vėjo energija Lietuvoje
Lietuvoje įsisavinant vėjo energiją, atliktas pirminis vėjo energijos išteklių įvertinimas, naudojant meteorologinių stočių daugiamečius duomenis, sudarytos jų skaičiavimo metodikos. Tyrimai rodo, kad vėjo energijos panaudojimas mūsų šalyje galimas ir ekonomiškai pateisinamas.
Lietuvoje pramonines vėjo jėgaines dar tik ruošiamasi pradėti statyti. Šiuo metu jau yra susikūrusios kelios bendrovės, kurios atlieka vėjo jėgainių statybos paruošiamuosius darbus. Pagrindinės tokio mūsų atsilikimo vėjo energetikos srityje priežastys yra šios:
– maža iš vėjo gautos elektros energijos supirkimo kaina, lyginant su kitomis šalimis,
– mažas tinkamas vėjo jėgaines statybai pajūrio žemės ruožas, kurio ilgis siekia tik apie 100 km,
– didelis pajūrio ruožo užimtumas,
– ženkliai mažėjantis vėjo greitis nuo pajūrio einant į žemyno pusę.
Lietuvos energetikos institute atlikti tyrimai rodo, kad prie esamų vėjo energijos supirkimo kainų ( 22 cnt/kWh) ir esant 7 m/s vėjo greičiui vėjo jėgainių rotoriaus aukštyje įrenginys atsiperka per 8-10 metų. Tai yra priimtina vėjo energijos gamintojams, kadangi vėjo jėgainių tarnavimo laikas yra 20 metų. Mažėjant vėjo greičiui iki 6 m/s vėjo jėgainių atsipirkimo laikas pailgėja iki 15 metų. Lietuvoje vėjo greitis 7 m/s ir didesnis yra tik siaurame pajūrio ruože (plotis apie10 km) ir kai kuriose aukštumose. Taigi siekiant ppaskatinti vėjo jėgainių statybos tempus būtina diferencijuoti vėjo energijos supirkimo kainas, t.y. jas didinti tolstant nuo jūros. Taip yra daroma kai kuriose Europos šalyse. Tikėtina, kad vėjo jėgainių statyba Lietuvoje suintensyvės kylant elektros energijos kainai, o šis procesas yra prognozuojamas netolimoje ateityje. Ūkio ministerijoje jau yra priimta paraiškų vėjo elektrinių, kurių bendroji įrengtoji galia siekia 700 MW, statybai. Tačiau Lietuvoje bus remiama tik 170 MW ar šiek tiek didesnė bendroji vėjo elektrinių galia. Reikės rasti Lietuvai optimalų santykį tarp vėjo, bbioenerginių ir vandens elektrinių galių.
Vandens energija
Vandens energija – tai potencinė upių energija, kuri susidaro dėl vandens skirtumo, ir vandenynų energija ( galima panaudoti bangų, potvynių ir atoslūgių energiją bei viršutinių ir giluminių vandens sluoksnių temperatūrų skirtumą). Jau senovės Rytų šalyse bbuvo naudojami vandens ratai. 1876-1881 metais Vokietijoje ir Anglijoje pastatytos pirmosios kelių šimtų vatų galios hidoelektrinės, kuriose vandens srauto energija verčiama elektros energija.
Vandens energijos ištekliai, jau seniai naudojami ir yra pajėgūs konkuruoti energijos rinkoje. Upių energija sudaro apie 1% energijos šaltinių. Visa bėda, kad hidroenergijos ištekliai riboti. Taigi prognozuojama, kad reali yra tik mažųjų hidroelektrinių – iki 10MW – statyba, siejant jas su turizmu.
Vandens energiją galima panaudoti trimis būdais: užtvenkiant žemyn tekantį vandenį, išnaudojant potvynius bei atoslūgius ir išgaunant bangavimo energiją. Įprastinėse hidroelektrinėse žemyn tekančio arba krintančio vandens energija pažabojama sukaupiant jį užtvanka atitvertoje saugykloje ir praleidžiant pro turbogeneratoriaus turbiną. Hidroelektrinių energetiniai įrenginiai verčia vandens srauto energiją mechanine energija (naudojant hidraulinę turbiną), kurią po to hidrogeneratorius verčia elektros energija. NNepaisant dvigubo keitimo, statistikoje laikoma, kad hidroelektrinės naudingumo koeficientas lygus vienetui, t. y. pirminės energijos sunaudojama tiek pat, kiek pagaminama elektros energijos. Tuo tarpu hidroakumuliacinė elektrinė kitų elektrinių pagamintą elektros energiją verčia vandens potencine energija, kai sumažėjus sistemos apkrovai, vanduo vamzdžiais pakeliamas į viršutinį tvenkinį.
Potvynių energiją galima panaudoti panašiai, kaip ir įprastose hidroelektrinėse. Atitvėrus įlanką užtvanka, kurioje įrengtas turbogeneratorius, vanduo galės sukti turbinas tiek įtekėdamas įlankon potvynio metu, tiek iš jos ištekėdamas per atoslūgį. Patogu tokias elektrines statyti estuarijose .. Pavyzdžiui Prancūzijoje, Le Rance elektrinė pagamina tiek elektros energijos, kiek reikia 300000 gyventojų miestui.
Bangų energija yra didžiulė, ji gali sugriauti tūkstančius tonų sverenčias užtvankas ir krantines. Galingiausios bangos susidaro vandenynų pakraščiuose, nes bangų dydis priklauso tiek nuo vėjo jėgos, tiek nuo atstumo, kuriuo vėjas gena jūros vandenį. Bangos kyla ir slūgsta lėčiau nei stiprėja ir silpsta vėjas, todėl sukuria tolygesnę energiją. Taigi bangos švelnina staigius jas genančių vėjų jėgos ir krypties pakitimus. Bangų energiją galima išnaudoti dviem būdais: tiesiog mechaniškai susieti dvi plūdes taip, kad per sujungimą lankstydamosi ant bangų, jos suktų generatorių. Kitas būdas bangų mūšoje įrengti kanalus – kolektorius, kurie surinktų vandenį į aukščiau esančią vandens saugyklą, o ištekantis vanduo suktų turbiną.
Hidroelektrines geriausia statyti kalnuotose vietovėse, nes ten yra didelis vandens lygių skirtumas tarp vandens saugyklos ir ištekančio vandens. Be to, gamtiniai akmeningi slėniai palengvina vandens saugyklų statybą. Didžiausia pavienė elektrinė yra Itaipu, Brazilijoje. Joje veikia 12 gigavatų suminės galios generatoriai.
Jau dabar pasaulio elektros energetikoje hidroelektrinės teikia 20% elektros energijos. Ten, kur veikia galingos branduolinės jėgainės, dalį paros būna didelis elektros energijos perteklius, kurį galima panaudoti hidroakumuliacinėse elektrinėse, pompuojant vandenį aukštyn į vandens saugyklą. Kai elektros energijos nepakanka, vanduo išleidžiamas atgal per turbinas, taip kompensuojant energijos sstygių.
Vandens energija Lietuvoje
Lietuvoje vandens malūnai naudojami nuo XIVamžiaus pabaigos. Lietuvoje panaudojama 15 proc. techninių vandens energijos išteklių – tai sudaro apie 1 proc. bendro energijos balanso bei apie 3 proc. elektros energijos balanso (įskaitant Kruonio hidroakumuliacinę elektrinę).
Techniniai arba realūs hidroenergijos ištekliai šalyje įvertinti 2,7 mlrd. kWh/metus. Apie 2,2 mlrd. kWh/metus, arba 80 proc. visų išteklių, tenka didžiosioms Lietuvos upėms – Nemunui ir Neriai, o visoms kitoms – vidutinėms ir mažoms upėms (jų ~470) – apie 0,5 mlrd. kWh/metus, arba 20 procentų. Šiuo metu jau pastatyta per 10 naujų mažų hidroelektrinių, iš viso jų yra daugiau kaip 20. Jų bendra galia >7 MW ir jos pagamina apie 25 mln. kWh/metus elektros energijos. Hidroenergetika yra ekologiškai švari energijos rūšis ir remiama ES direktyvų.
Žemės (geoterminė energija)
Geoterminė energija- tai žemės gelmių šiluma, gaunama karšto vandens arba garo pavidalo.
Geoterminę energiją tiekia šiluma slypinti Žemės gelmėse. Jau kilometro gylyje temperatūra daug aukštesnė nei žemės paviršiuje. Geoterminės energijos šaltinis yra žemės gelmėse ir pastoviai atnaujinamas radioaktyviųjų elementų (urano, radžio, torio ir kt.) skilimo energija bei mantijos šiluma iš vidaus ir Saulės energija iš viršaus. 1996 m. pasaulyje buvo instaliuota 13538 MWe alternatyvios energijos (geoterminė, vėjo, Saulės, potvynių-atoslūgių), tame skaičiuje geoterminė sudarė – 7049 MWe, ttai yra 52 procentus.
Žemės energijos panaudojimas yra labai įvairus – gali tenkinti centralizuotų ir pavienių vartotojų poreikius, suteikti jiems komfortą ir nekenkia aplinkai. Dažniausiai geoterminė energija naudojama elektros energijai arba šilumai gaminti. Jei gamina elektros energija, tai nepriklausomai nuo generavimo naudingumo koeficiento statistikoje laikoma, kad vidutinis naudingumo koeficientas yra lygus 10%, t.y. pirminės energijos sunaudojama dešimt kartų daugiau nei pagaminama elektros energijos. Jei gaminama šiluma, tai nepriklausomai nuo įrenginio naudingumo koeficiento statistikoje laikoma, kad visuminis naudingumo koeficientas yra lygus 50%, t. y. pirminės energijos sunaudojama du kartus daugiau, nei pagaminama šilumos. Žemės energiją galima paversti šiluma arba elektra, rasti būdų kompleksiškam hidrosferos išteklių pritaikymui, ypač gydymo, poilsio ir sveikatos profilaktikos srityje, žemės ūkyje (daržininkystėje, žuviveisoje, linų perdirbime, grūdų ir šieno miltų džiovinime ir kt.), pramonėje (žuvų, medienos, vaisių ir daržovių džiovinime ir kt.), plentų-kelių, lėktuvų nusileidimo takų sniego-ledo tirpinimui ir kitur. Jei įkasime vamzdžius pakankamai giliai, vandenį bus įmanoma paversti garu ir jį naudoti taip pat, kaip ir paprastose šiluminėse elektrinėse.
Žemės energijos išteklių išgavimas susijęs su: karštomis sausomis uolienomis; karštu požeminiu vandeniu; žemos temperatūros požeminiu ir gruntiniu vandeniu; gruntu (dirvožemiu).
Žematemperatūrinę Žemės šilumą galima naudoti, taikant šilumos siurblius: šaltinis – šilumokaitis – šilumos siurblys –
vartotojas. Aukštatemperatūrinę Žemės šilumą galima naudoti per šilumokaičius tiesiogiai: šaltinis – šilumokaitis – vartotojas.
Kartais vanduo pats išsiveržia iš gelmių geizeriais ir tokia karšto vandens energija plačiai naudojama Islandijoje būstams bei šiltnamiams šildyti. Beveik visa Islandijos sostinė Reikjavikas yra šildoma rajoninės termofikacijos sistema, kuri vandenį gauna iš geoterminių gręžinių. Vanduo pasiekia miesto pastatus, savaime tekėdamas vamzdžiais. Daugiausia geoterminės energijos gaminti gali Italija, Japonija, Naujoji Zelandija, JAV ir Meksika. Ši energija gali būti panaudota karštam vandeniui tiekti. Naujoje Zelandijoje karštas požeminis vvanduo vartojamas popieriaus pramonėje.
Taigi geoterminės energijos naudojimas gali būti ypač naudingas bet kokiai šaliai, nes geoterminė energija neteršia gamtos. Specialistų apskaičiavimais, visu pajėgumu veikianti geoterminė jėgainė per metus apsaugo atmosferą nuo 52 tūkstančių tonų CO2 (anglies dvideginio) ir 270 tonų NOx (azoto oksidai), kurie išsiskiria deginant organinį kurą.
Pradėjus veikti geoterminei jėgainei, tradicinėse katilinėse sumažėjo apkrovimas, mažiau sudeginama mazuto, atitinkamai sumažėjo ir atmosferos tarša.
Taršos normas viršijančioms katilinėms turi būti taikomos sankcijos. Tuomet geoterminė jėgainė prieš jas turėtų tikrai ddidelį pranašumą.
Geoterminė energija Lietuvoje
Žemės energija – viena iš atsinaujinančios energijos rūšių Lietuvoje jau įsisavinta privačiame sektoriuje iš negiliai (iki 100 m) slūgsančių vandeningų horizontų Vilniuje ir Klaipėdoje (instaliuotas galingumas 0.114 MWt).
Geoterminę elektros energiją galima gauti iš karštų sausų uolienų, slūgsančių VVakarų Lietuvoje 2,5 – 4,5 km gylyje, kurių temperatūra turėtų būti 100-145oC. Geoterminę elektros energiją taip pat galima gauti ir pritaikant šilumos siurblius.
Tyrimų kryptys. Geoterminius tyrimus reikėtų plėtoti šiomis kryptimis:
· seklioji geotermija (šilumos siurbliai, požeminis šilumos akumuliavimas į vandeningus horizontus)
· hidrogeoterminiai ištekliai, susieti su mineralizuotais vandenimis;
· karštos sausos uolienos ir jų išteklių panaudojimo perspektyva.
Demonstracinės jėgainės, naudosiančios hidrogeoterminius kambro išteklius.
Vilkaviškio balneologinis geoterminis projektas. Šio projekto įgyvendinimas išplėstų Žemės energijos pritaikymą ne tik šildymo reikmėms, bet ir gydymui bei sveikatos stiprinimui.
Baisogalos geoterminis projektas galėtų būti orientuotas ne tik šilumos poreikio padengimui, bet ir eksperimentiniam pritaikymui, pvz. linų perdirbimui, grūdų, medienos džiovinimui, pieno pasterizavimui, žuvivaisai ir kt.
Biomasės energija
Biomasė yra vienas labiausiai paplitusių ir plačiausiai naudojamų aatsinaujinančių energijos šaltinių. Biomasė yra fotosintezės produktas. Kasmet fotosintezės metu augalų stiebuose, šakose ir lapuose sukaupiamas energijos kiekis, keletą kartų didesnis už pasaulio energijos poreikius.
Biomasė išsiskiria iš kitų energijos šaltinių tuo, kad tai akumuliuota saulės energija.
Medienos pavidalo biomasė yra seniausiai žmonijos naudojamas energijos šaltinis. Tradicinis ir labiausiai paplitęs energijos gamybos iš biomasės būdas yra tiesioginis jos deginimas. Plėtojantis pramonei ir didėjant gamybos apimtims biomasė pamažu buvo išstumta labiau koncentruotų energijos šaltinių – akmens anglių, naftos ir gamtinių dujų. Tačiau jjos indėlis energetikoje liko nemažas. Pastaruoju metu iš biomasės pagamintas energijos kiekis pasaulinėje energijos gamyboje sudarė apie 15 procentų. Kai kuriose, ypač mažiau išsivysčiusiose šalyse, biomasės naudojimas energijai gauti yra įspūdingai didelis. Pavyzdžiui, šio dešimtmečio pradžioje Nepale jis sudarė apie 95 proc., Kenijoje – 75 proc., Indijoje – 50 proc., Kinijoje – 33 proc., Egipte ir Maroke – po 20 proc. pagaminamo energijos kiekio.
Vis dažniau matyti, kad biomasės suvartojimas vyrauja tarp kitų atsinaujinančių energijos šaltinių. 1995 m. ES šalyse iš biomasės pagamintas energijos kiekis prilygo 44,8 mln. t naftos ekvivalento (Mtne) ir sudarė 60 proc. viso energijos kiekio, pagaminto iš atsinaujinančių šaltinių. Prognozuojama, kad iki 2010 m. šis skaičius išaugs iki 74 proc. ir atitiks 135 Mtne energijos kiekį. Taigi tiek pastaruoju metu, tiek ir ateityje biomasės indėlis į energijos gamybą palyginti su kitais atsinaujinančiais energijos šaltiniais yra didžiausias ir turi tendenciją didėti.
Tradicinių energijos šaltinių pakeitimas biomase ar kitais atsinaujinančiais energijos šaltiniais padeda taupyti už perkamą įvežtinį kurą sumokamas lėšas, mažinti priklausomybę nuo kuro importuotojų, spręsti gamtosaugos problemas ir gerinti aplinkos kokybę, papildomai apkrauti vietinę pramonę, mažinti bedarbystę ir kurti naujas darbo vietas, didinti energijos tiekimo patikimumą.
Biomasės, kaip ir kitų atsinaujinančių energijos šaltinių, naudojimo didinimas ypač aktualus pasidarė pastaraisiais dešimtmečiais. TTai lėmė keletas veiksnių. Vienas jų yra neigiama žmonijos veiklos įtaka klimato kaitai. Per pastaruosius keletą šimtmečių žmonijos veikla įgavo tokį mastą, kad dėl jos ėmė keistis atmosferos sudėtis. Viena pagrindinių šio reiškinio priežasčių yra ta, kad tenkinant didėjančius energijos poreikius vis daugiau sudeginama kuro ir daugiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų (anglies dioksido, azoto oksido, metano ir kt.) patenka į aplinką. Dėl šiltnamio efekto prasidėjo globalinis klimato atšilimas. Jo padariniai gali būti katastrofiški visai žmonijai.
Biomasės naudojimą energijos gamybai Lietuvoje
Kalbant apie atsinaujinančius energijos šaltinius sąvoka biomasė yra labai plati. Tai:
– mediena, jos ruošos bei apdirbimo atliekos;
– žemės ūkio kultūros bei atliekos (rapsai, kviečiai, šiaudai ir t.t.);
– gyvulininkystės atliekos (gyvulių ir paukščių mėšlas);
– maisto pramonės organinės atliekos;
– nutekamųjų vandenų dumble susikaupusios organinės medžiagos;
– komunalinių atliekų organinė frakcija.
Biomasė kaip kuras gali būti vartojama kieta, skysta arba dujinė. Pirmuoju atveju pakanka minimalaus mechaninio apdirbimo, pavyzdžiui, smulkinimo. Norint iš biomasės gauti skystą ar dujinį kurą nepakanka vien mechaninio apdirbimo, bet būtina pasitelkti kur kas sudėtingesnius terminius, cheminius, biocheminius ir mikrobiologinius dorojimo būdus.
Mediena yra biomasės rūšis, labiausiai naudojama energijos gamybai. Medienos kuro ištekliai priklauso nuo miškų plotų ir kirtimų apimčių. Lietuvoje miškai užima 1,978 mln. ha plotą, arba 30,3 proc. visos šalies teritorijos. Metinis medienos pprieaugis sudaro apie 11,6 mln. m3. Kaimyninių Baltijos šalių miškingumas toks: Lenkijos – 28,8 proc., Latvijos – 44,9 proc. ir Estijos – 42,9 procento.
Medienos kurui gali būti naudojama menkavertė malkinė mediena, medienos perdirbimo pramonės atliekos ir miško kirtimo atliekos. Pastaruoju metu šalies miškuose kasmet buvo iškertama medienos apie 5 mln. m3, iš to skaičiaus apie 700 tūkst. m3 sudaro malkinė mediena. Valstybinio miškotvarkos instituto duomenimis artimiausiais metais nedarant miškui žalos galima būtų padidinti kirtimų apimtis iki 6,2 mln. m3 per metus.
Vykdant pagrindinius ir tarpinius miško kirtimo darbus susidaro daug atliekų. Tai smulkūs stiebai, medžių viršūnės, kelmai, šakos, žievė ir pan. Didesnė dalis šių atliekų galėtų būti panaudota kurui. Apskritai kirtimo atliekų naudojimas kurui turi vieną svarbų ir neginčijamą privalumą. Tai naujų darbo vietų sukūrimas kaimo vietovėje, kur užimtumo problema ypač aktuali.
Atliekos, susidarančios medienos perdirbimo pramonėje, yra kitas kuro šaltinis. Pagal statistinius duomenis 1997 m. tokių atliekų buvo per 675 tūkst. tonų. Dalis jų (113 tūkst. t) buvo sunaudota gamyboje, dalis (130 tūkst. t) išvežta į sąvartynus arba sunaikinta. Likę 432 tūkst. t galėjo būti panaudoti kurui. Įvertinus tai, kad statistiniai duomenys ne visada tiksliai atspindi tikrąją padėtį, galima teigti, kad visi tinkami kurui medienos ištekliai dabar sudaro per 600 ktne(tonų
naftos ekvivalento).
Kalbant apie energijos gamybą iš žemės ūkio atliekų būtina paminėti šiaudus. Statistinių duomenų apie susidarančius šiaudų kiekius nėra. Tačiau jį galima apskaičiuoti pagal grūdinių kultūrų pasėlių plotus, derlingumą bei atskirų rūšių augalų grūdų ir šiaudų santykį. Tokiais skaičiavimais nustatyta, kad šalyje kasmet užauginama apie 3,5–4,0 mln. t šiaudų. Tačiau ne visi šiaudai surenkami. Dalis jų lieka dirvoje, sutrupa, išsibarsto ir yra prarandami. Kita dalis panaudojama gyvulių pašarui ir pakratams. Kitų šalių patirtis rodo, kad apie 10-12 proc. bendro šiaudų kkiekio būtų galima panaudoti energijai gaminti, t.y. apie 400 000 tonų. Toks šiaudų kiekis maždaug atitiktų 134 ktne energiją.
Šiaudų deginimas laukuose kenkia aplinkai, sunaikina smulkiąją gyvūniją, gali sukelti gaisrus, todėl jų deginimas laukuose draudžiamas įstatymais. Žemės ūkio reikmėms nepanaudojama šiaudų dalis gali papildyti vietinio kuro išteklius. Kurui skiriant trečdalį nesunaudoto šiaudų likučio kasmet susidarytų apie 0,5 mln. t. vietinio kuro (12 –15 % bendro šiaudų kiekio). Didžiausias Lietuvoje tokio kuro atsargas turi tos apskritys, kurios daugiausiai augina javų. Šiaulių aapskritis kurui galėtų skirti 158 000 t. šiaudų, Panevėžio – 125 000 t., Marijampolės – 96 000 t. ir Kauno – 89 000 t. Kitų apskričių šiaudų atsargos kurui yra menkos – nuo 19 000 (Vilniaus apskritis) iki 0 (Utenos iir Telšių apskritys).
Šiaudai priskiriami kurui, kurį deginant atmosferoje nepadidėja anglies dioksido (CO2) kiekis, nes tas anglies dioksido kiekis kitais metais javams augant absorbuojamas iš oro. Šiaudų pelenų sudėtyje yra kalio, magnio, fosforo, kalcio ir kitų elementų, kurie gali būti naudojami kaip trąšos žemės ūkyje. Šiuo metu atliekami bandymai norint nustatyti šių trąšų kokybę. Deginant šiaudus į atmosferą išmetami ir aplinkai žalingi produktai: anglies monoksidas (CO), sieros dioksidas (SO2), azoto oksidai (NOx) ir kietosios dalelės (pelenų dulkės). Pelenuose būna nedidelis kiekis sunkiųjų metalų (vario, cinko, alavo, nikelio, chromo, kadmio ir kitų), todėl prieš nusprendžiant, ar jie tinka laukams tręšti, reikia atlikti jų cheminės sudėties analizę.
CO kiekis dūmuose rodo šiaudų degimo kokybę. SO2 kiekis dūmuose priklauso nuo sieros kiekio šiauduose ir yyra mažesnis negu kūrenant mazutu ar akmens anglimi. NOx susidaro iš oro azoto ir šiauduose esančio azoto. Jo susidaro mažiau, kai degimo proceso metu būna mažesnis oro perteklius ir žemesnė degimo temperatūra, o degimo produktai greitai atšąla. Dulkėms iš dūmų atskirti naudojami ciklonai ir dulkių filtrai.
Šiaudų kuras šiluminės energijos vieneto savikainoje sudaro 5,6 – 7,1 Lt/GJ arba 0,020 – 0,026 Lt/kWh. Lyginant šiaudų kurą su mazutu, kurio kaina pasiekė 700 Lt/t, o kuro dalis šilumos vieneto savikainoje siekia 17,07 LLt/GJ arba 0, 061 Lt/kWh, šiaudų kuras yra 2-3 kartus pigesnis.
Pagal šilumingumą 1 t šiaudų gali pakeisti 0,34 t mazuto. Sunaudojus visus kurui galimus naudoti 500 000 tonų šiaudų, kasmet šalyje būtų galima sutaupyti 170 000 t įvežtinio kuro.
Lietuvoje šiaudais didesni katilai imti kūrenti nuo 1996 m., kai Pasvalio rajono Narteikių žemės ūkio mokykloje buvo sumontuotas ir pradėtas eksploatuoti pirmasis 1 MW galios šiaudais kūrenamas katilas. Vėliau Pasvalio rajono Grūžių, Vaškų ir Lavėnų gyvenvietėse buvo sumontuoti dar keturi mažesnės, 470 kW galios, katilai. Ekonomiškai šių katilų pastatymas visiškai pasiteisino, nes daug brangesnis krosnių kuras buvo pakeistas pigesniu šiaudų kuru.
Dar dažnai pavasarį ir rudenį kaimo vietovėse galima pamatyti deginamas šiaudų stirtas, nors tai yra draudžiama įstatymu ir už tokį elgesį gresia baudos. Šiaudų panaudojimas kurui padėtų išspręsti perteklinių šiaudų likvidavimo problemą ir prisidėtų prie atmosferos teršimo mažinimo.
1 Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo tendencijos
Tarptautinės energetikos agentūros duomenimis 2001m. pasaulyje iš viso suvartota 10,04 milijardo tonų naftos. Bendrame pasaulio energijos balanse atsinaujinantiems ištekliams teko 13,5%. Palyginti su nafta ir jos produktais, kurių dalis sudarė 35% ir anglimis bei gamtinėmis dujomis, kurių dalis buvo atitinkamai 23,4% ir 21,2%, atsinaujinančių išteklių sunaudojama nedaug. Tačiau lyginant su atomine energija, kuri tenkina 6,9% pasaulio energijos poreikių, galima teigti, kkad jau dabar atsinaujinančių energijos išteklių suvartojama daug. Tačiau reikia atkreipti dėmesį, kad atsinaujinančių išteklių balanse 77,4% tenka biologinei masei, kurios ypač daug sunaudojama besivystančiose pasaulio šalyse. Prie šio skaičiaus pridėję hidroelektinėse pagamintą elektros energiją,kurios dalis pasaulio pirminės energijos balanse siekia 2,2%, o atsinaujinančų išteklių balanse – 16,4%, gauname, kad visiems kitiems ištekliams, kurie ateityje gali tapti reikšmingi, tenka vos 6%.
Nuo 1990m. Atsinaujinančių išteklių suvartojimas kasmet vidutiniškai didėjo 1,7%. Naujų atsinaujiančių išteklių (visų pirma vėjo ir saulės) naudojimo didėjimo tempai siekė net 19,1% per metus. Tačiau toks spartus augimas pasiektas dėl to, kad 1990m. šių išteklių buvo naudojama labai mažai. Todėl jų indėlis į bendrą pasaulio energijos balansą vis dar nedidelis. Vis plačiau pradedama naudoti biodujas, atsinaujinačias komunalines atliekas ir biodegalus (bioetanolį, biodyzeliną, biometalnolį ir pan.). Jų naudojimas didėjo kasmet po 7,6%. Tačiau didžiausias energijos prieaugis atsinaujinančių išteklių balanse teko vadinamaijai kietai biomasei, nors jos vidutiniai augio tempai sudarė tik 1,5% (apytikriai tokiais pat tempais didėjo ir bendrosios piminės energijos išteklių sąnaudos).
Besivystančiose šalyse, ypač Afrikoje , komercinių energijos išteklių kol kas naudojama labai mažai. Daugelyje šalių (Angoloje, Kamrūne, Kenijoje, Konge, Mozambike, Nepale, Tanzanijoje ir kt.) atsinaujinantys ištekliai sudaro per 70 ir net 90% visos sunaudojamos pirminės energijos.
Per praėjusį dešimtmetį vvis daugiau atsinaujinančių išteklių naudojama ir išsivysčiusiose šalyse. Kai kuriose šalyse, kur atsinaujinančių išteklių dalis bendrame piminės energijos balanse gan didelė, pasikeitimų galima pastebėti net palyginus 1999 ir 2001m. energijos balansus. Atsinaujinantys ištekliai turi didelę reikšmę kai kuriose išsivystčiusiose šalyse – Švedijoje, Islandijoje, Norvegijoje, , Naujojoje Zelandijoje, Suomijoje ir Austrijoje, kur šių išteklių dalis pirminės energijos balanse sudaro apie 25% ir daugiau. Naujojoje Zelandijoje ir Norvergijoje, kur tradicinių atsinaujinančių išteklių naudojama labai daug, jų indėlis į šių šalių balaną per praėjusį dešimtmetį sumažėjo, nes augantiems ūkio ( ypač transporto) poreikiams tenkinti buvo naudojama daugiau naftos produktų ir kito organinio kuro.
Daugumoje šalių didžiąją dalį visos elektros energijos pagaminama hidroelektrinėse. Austrijoje, Japonijoje, Kanadoje, Prancūzijoje, Naujojoje Zelandijoje ir Norvegijoje hidoelektrinės pagamina per 90% visos elektros, kuriai gaminti naudojami atsinaujinantys ištekliai.
Per praėjusį dešimtmetį Europos Sąjungos šalyse labiausiai padidejo vėjo elektrinių indėlis. Tačiau būtina pažymėti, kad didžioji dalis visų vėjo elektinėse įrengtų galių tenka trims šalims – Vokietijai (8,7 GW), Ispanijai(3,2GW) ir Danijai (2,6GW).
2 Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimą skatinantys veiksniai
Organinio kuro atsargų stygius. Sparčiai daugėjant Žemės gyventojų, tęsiantis pasaulio industrializavimo procesui, vis daugiau ir suvartojama energijos. Tuo tarpu mineralinių žaliavų ir energijos išteklių atsargos mažėja. Jau keletą dešimtmečių tęsiasi diskusijos dėl
būtinybės mažinti organinio kuro naudojimo apimtis. Remiantis ekspertų vertinimais, nors šių svarbių energijos išteklių atsargos ribotas ,bent iki 2025-2030m. šios kuro rūšys išlaikys vyraujančią vietą pasaulio energijos balanse. Tačiau jų atsargų mažėjimo ir organinio kuro kainų augimo tendencijos skatina ieškoti būdų, kaip racionaliai patenkinti augančius pasaulio energijos poreikius.
Aplinkosaugos problema. Kaip žinome, anglies dioksido, natrio oksidų, metano ir kitų teršalų koncentracijos didėjimas atmosferoje dėl žmogaus ūkinės veiklos sukelia žemėje šiltnamio efektą. Dėl jo įtakos didėja vidutinė atmosferos temperatūra ir keičiasi jos ppasisiskirstymas žemėje. Savo ruožtu tai turi įtakos oro masių judėjimui, drėgmės pernašų ir apykaitos struktūrai. Galiausiai kinta gyvenimo sąlygos ir augmenijos produktyvumas. Vidutinei atmosferos temperatūrai pakilus 4-5o C, žmonijai grėstų neišvengiama katastrofa, nes ištirptų ledynai, pakiltų jūros vandens lygis, būtų apsemti miestai. Jau dabar upių pakrančių, pajūrio zonos kenčia nuo dažnų potvynių, audrų, kitų gamtos anomalijų.
Energijos tiekimo patikimumo problemos. Organinio kuro atsargos pasaulio žemynuose pasisiskirsčiuosios labai netolygiai. Daugelis išsivysčiusių šalių tampa vis labiau priklausomos nuo energijos tiekimo iš kitų rregionų. Esamos kuro gavybos ir tiekimo sistemos dėl vienų ar kitų priežasčių gali būti pažeistos.
Aplinkosaugos mokesčių sistemos tobulinimas. Esama mokesčių už aplinkos teršimą sistema neturi realios įtakos kurą degianančių įmonių motyvacija investuoti į švaresnes technologijas. Tačiau vis daugiau pastangų dedama ssiekiant įvertinti realią taršos daromą ekonominę – socialinę įtaką šalies ūkiui ir aplinkai. Daugelyje išsivysčiusių šaliųsiekiama įvertinti vadinamąją išorinę taršos kainą, t.y. nustatyti papildomas išlaidas, kurias visuomenė patiria dėl taršos sukeliamų veiksnių: padidėjusio žmonių sergamumo ir mirtingumo, sumažėjusio žemės ūkio našumo.
Dėl šių priežasčių susidaro vis palankesnės sąlygos plačiau naudoti atsinaujinančius energijos išteklius.
3 Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimas Lietuvoje
Lietuvoje prie atsinaujinačių energijos išteklių priskiriami visi vietiniai ištekliai – durpės, malkos, miško paruošų ir medžio apdirbimo atliekos (žievė, šakos, pjuvenos, pjuvenų briketai), žemės ūkio gamybos atliekos (šiaudai, nendrės), hidroenergija, vėjo energija, geoterminė energija, saulės energija. Tam tikrą vietą šalies vietinių energijos išteklių balanse pradeda užimti biodujos ir biodegalai, pagaminti iš etanolio ir rapsų aliejaus. Vietiniai kurui šalyje gali būti naudojamos ir komunalinės bbei pramonės atliekos. Prie atsinaujinančių išteklių Lietuvoje priskiriamos durpės, bet nepriskiriama vietinė nafta. Pagal tarptautinių organizacijų metodinius principus parengtuose statistiniuose leidiniuose prie atsinaujinančių išteklių nepriskiriama nei nafta, nei durpės.
Lietuvos atsinaujinančių energijos išteklių suvartojimas padidėjo nuo 386 tūkst. tne 1990m. iki 712 tūkst. Tne 2002m. Beveik visas šių išteklių prieaugis tenka malkoms ir medienos atliekoms. 2002m. atsinaujinančių energijos išteklių balanse šiam kurui teko 92%, hidroenergijai – 4,3%, durpėm – 1,6%, geoterminei energijai – 1,3%, šiaudų kurui – 0,6% ir biodujoms –– 0,2%.
Per pastaruosius trejus metus atsinaujinančių išteklių suvartojimas padidėjo 50 tūkst. tne, tačiau jų dalis piminės energijos balanse sumažėjo: 2000m šių išteklių indėlis sudarė 9,1%, 2001m. – 8,5%, o 2002m. – 8,3%. Šį sumažėjimą lėmė gerokai padidėjęs branduolinio kuro suvartojimas, kuris savo ruožtu susijęs su padidėjusiu elektros energijos eksportu.
Ūkio ministerijos planuojami el. energijos iš atinaujinančių energijos išteklių kiekiai:
Metai Suvartojimas Elektra iš atsinaujinančių ir atliekinių energijos išteklių Tame skaičiuje iš vėjo jėgainių Planuojama įrengtų vėjo jėgainių bendra galia (metų pradžioje Elektros iš atsinaujianačių ir atliekinių energijos išteklių dalis nuo bendro el. energijos suvartojimo
2004 10901 GWh 440 GWh 28 GWh 0 MW 4,0%
2005 11019 GWh 522 GWh 84 GWh 33 MW 4,7%
2006 11369 GWh 579 GWh 112 GWh 66 MW 5,1%
2007 11809 GWh 659 GWh 140 GWh 99 MW 5,6%
2008 12185 GWh 784 GWh 196 GWh 132 MW 6,4%
2009 12630 GWh 932 GWh 278 GWh 157 MW 7,4%
Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo Lietuvoje plėtrai turės
įtakos daug veiksnių. Net trys šalies energetikos sektoriaus strateginiai tikslai yra tiesiogiai arba netiesiogiai susiję su atsinaujinančių išteklių plėtra:
· Energijos tiekimo saugumas;
· Energijos išteklių ir energijos vartojimo efektyvumas;
· Neigiamo energetikos veiklos poveikio aplinkai mažinimas;
· Pagrįstos konkurencijos skatinimas;
· Skatinimas vartoti vietinius ir atsinaujinančius energijos išteklius;
Nacionalinėje energetikos strategijoje, atsižvelgiant į pagrindinius energetikos politiką formuojančius veiksnius, tarp kitų svarbiausių Lietuvos energetikos strategini tikslų , nustatomi ir šie, skatinantys plačiau vartoti atsinaujinančius energijos išteklius:
· Užtikrinti patikimą ir saugų energijos tiekimą kuo mažesnėmis išlaidomis ir kuo mažiau teršiant aplinką,
· Nuolat didinant energetikos ssektoriaus veiklos efektyvumą;
· Siekti, kad atsinaujinančių energijos išteklių dalis bendrame pirminės energijos balanse 2010matais būtų 12%.
Dabartiniu metu hidroelektrinėse pagamintos elektros dalis bendroje šalies elektros gamybos struktūroje siekia tik 2%.
4 Išvados:
Taigi kaip matome, atsinaujinanti energija buvo vartojama šimtmečius, štai kad ir vėjo energija grūdams malti, hidroenergija vandens malūnuose, mediena šildymui ar medžio anglies gavybai ir pan. Tačiau kai energijai gaminti buvo pradėti vartoti naftos bei akmens anglių produktai, kurių pagalba energijos generavimas tapo pigesnis, atsinaujinantys energijos ištekliai buvo visiškai išstūmti. Tik pastaraisiais dešimtmečiais išryškėjo iškastinio kuro vartojimo trūkumai. Net ir neįvertinus ribotų naftos, gamtinių dujų ir anglies išteklių, darosi akivaizdu, kad mūsų atmosfera nebegali pakelti tolimesnių tokios apimties šiltnamio dujų (visų pirma – anglies dvideginio CO2) emisijų į aplinką. Taigi, tenka vėl prisiminti atsinaujinančią energiją.
Kaip iš referato išsiaiškinome atsinaujinančios energijos ekologiniai privalumai yra akivaizdūs.
Atsinaujinančios energijos teikiamą naudą gauna visa visuomenė:
· Ši energija yra švari, nedaroma žala žmonių sveikatai, ūkiui, energija yra patikima ir jos tiekimas ateityje yra užtikrintas;
· Energija yra patikima ir jos tiekimas ateityje yra užtikrintas;
· Energijos tiekimas nepriklauso nuo tarptautinių sąlygų, užsienio tiekėjų;
· Šios energijos tiekimo procese dalyvauja nacionalinės įmonės, įdarbinančios vietinę darbo jėgą
Tačiau be visų privalumų, atsinaujinančiai energijai plisti trukdo tam tikri barjerai:
· Nežinomos technologijos;
· Gerų pavyzdžių mažas kiekis;
· Nenuspėjama energijos ppardavimo rinka;
Tačiau nepaisant šių trūkumų, visose referate išvardytose šalyse, atsinaujinančių išteklių vartojimas yra skatinamas. Norima, jog žmonės suprastų, kad žmonijos gerovei labai svarbi saulės ir kitų atsinaujinančios energijos šaltinių, tokių, kaip vėjo, geoterminė, vandens, biomasės. Atsinaujinanti energija gali sumažinti aplinkos degradavimą, atmosferos užterštumą, šiltnamio efektą. Tačiau pasaulio energetikos strategija turi būti grindžiama ne remiantis vien techniniais ir ekonominiais kriterijais, bet atsižvelgiant į energijos ir visuomenės sąveiką, socialines ir kultūros problemas.
Literatūros sąrašas:
1. P. Švenčianas, T. Narbutas “Šiluminė technika”. Kauno technologija. 1992.
2. A. Jakštas “Energijos transformavimo mašinos”. Vilniaus “Technika” 2002.
3. “Energijos poreikių prognozavimas”. Kauno technologijos universitetas. 2004.
4. “Mažoji mokslo enciklopedija”. Leidykla “Aktėja”.
5. “Žemė ir jos gėrybės”. Mokslo ir enciklopedijų leidykla. Vilnius 1993.
6. “Tarybų Lietuvos enciklopedija”. Vyriausioji enciklopedijų redakcija. Vilnius, 1986.
7. http://saule.lms.lt
8. http://news.mireba.lt/ml/183/saules.htm
9. http://www.aet.eaf.ktu.lt/lindex2.php
