Atsinaujinantys energijos šaltiniai

ŠIAULIŲ UNIVERSITETAS

TECHNOLOGINIS FAKULTETAS

REFERATAS

ŠIAULIAI

2005

Žmonijai kasdien suvartojant milžiniškus organinio kuro: akmens anglies ar naftos kiekius, visiems jau senokai buvo neramu, kas bus, kai tas kuras pasibaigs. Be to, 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 CO išsiskyrimą ir atitolinti ekologinę katastrofą bei pakeisti senkančias kuro atsargas atsinaujinančios energijos šaltiniais (saulės, vėjo, vandens, žemės, augalinės biomasės bei biologinių dujų kkuro energija ir k.t.).

Šiuo metu Lietuvoje iš atsinaujinančių energijos išteklių generuojama maždaug 3,3% elektros energijos. Tai visų pirma – elektros energija, generuojama Kauno HE (100 MW), visos likusios elektrinės kartu sudaro tik 17,5 MW. Daugiausia – smulkios hidroelektrinės (38 hidroelektrinės, kurių bendra galia sudaro tik 15,7 MW).

Saulės energija. Energetika, pagrįsta atsinaujinančiais energijos šaltiniais, jų tarpe ir saulės, yra reali ir perspektyvi. Pasipriešinimas branduolinės energijos naudojimui kasdien didėja, organinio kuro ištekliai labai netolygiai išsidėstę pasaulyje, o Lietuvoje jų beveik nėra. Todėl nnaudoti saulės energijos įrenginius yra būtina. Saulė, kaip vidutinio dydžio žvaigždė, yra didžiulis branduolinis reaktorius, kurio veikimo trukmė apie 4 mlrd. metų. Ji per vieną minutę išspinduliuoja tiek energijos, kad visam pasauliui užtektų metams, per vieną dieną – tiek energijos, kkad mūsų visai populiacijai užtektų 27 metams, o per tris dienas išspinduliuotas energijos kiekis yra lygus energijai, kurią gautume iš visų Žemėje esančių iškasenų. Tačiau dėl saulės spinduliuojamosios energijos sezoninio, paros, meteorologinio kitimo negalima tikėtis visą reikiamą elektros energiją gauti iš fotoelektros.

Lietuvoje vidutinis metinis spindulinės energijos kiekis, krentantis į horizontalų paviršių, yra apie 1000 kWh/m2. Per parą į horizontalu 1 m2 paviršių tokios energijos kiekis birželio mėnesį siekia 5,8 kWh, o sausį 0,55 kWh. 1840-1900 val. per metus saulė šviečia pajūryje, o šalies rytiniame pakrašty tik 1700 valandų.

Saulės energija daugiausia paverčiama šiluma ir elektra. Tiesiogiai ji panaudojama šilumos siurbliuose ir Saulės baterijose, plačiausiai naudojama vandeniui ir pastatams šildyti. Saulės energija naudojama pastatų šildymo sistemose, kurios skirstomos į pasyviąsias, aktyviąsias iir mišrias. Bet kokia šildymo sistema turi įvykdyti tris pagrindines funkcijas: sugerti ir paversti saulės radiaciją šiluma; akumuliuoti šilumą, nes saulės radiacija nepastovi, per parą kinta; paskirstyti šilumą, t.y. tiekti norimą kiekį šiluminės energijos į šildymo zonas. Lietuvoje yra sumontuota ir keletas vandens šildymo saulės kolektoriais (įrenginiai, skirti saulės energiją versti į šiluminę) sistemų, kurių suminis plotas sudaro apie 100 m2. Dabartinėmis sąlygomis, nesant skatinimo ir rėmimo naudoti saulės kolektorius vandeniui šildyti daugeliu atveju ekonomiškai neapsimoka.

Šiuo metu 1W galingumo Saulės eelemento kaina yra ~8 –12 Lt, 1W instaliuota galia Saulės jėgainėje siekia 20 – 40 Lt.

Kad ir kiek žmonės montuoja Saulės elementus ant savo namų stogų, daugiausiai Saulės energijos panaudojama industrijoje: telekomunikacijų ir naftos kompanijos, greitkelių saugos įranga pasikliauja Saulės elementais ten, kur elektros linijos yra toli. Pakelės telefono aparatai bei apšviesti ženklai greitkeliuose naudoja Saulės energiją, todėl nereikia po žeme kloti kabelių, kas brangiai kainuoja, ar naudoti dizelinius variklius, kurie nėra ekologiški ir reikalauja nuolatinės priežiūros. Įvairios automatinės navigacinės sistemos, tokios kaip bujos jūroje, ar įranga kalnuose, esanti nuošaliose vietovėse, kur neįmanoma atvesti elektros linijų, reikalauja labai patikimų energijos šaltinių, o tam Saulės elementai labai tinka. Gerai šie elementai tinka ir kaimo vietovėse, jie statomi ant namų, ligoninių, fermų ar pavienių apšvietimo stulpų.

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: 150 W vandeniui tiekti, vasarnamių energetikai, besikuriančių ūkininkų minimalioms reikmėms; 3-5 kW autonomines bei jungiamas prie elektros tinklų jėgaines; 3-5 kW požeminių įrenginių ar tiltų katodinėms apsaugoms; 15 W ženklams keliuose apšviesti.

Dabar Lietuvoje fotoelektrinių jėgainių nėra. Nepaisant to, kad fotoelektos potencialas nepalyginamai didesnis už kitų aatsinaujinančių energijos rūšių potencialą kartu sudėjus, 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 kiekį ir mažinant elemento kainą.

Vėjo energija. Saulė skirtingai šildydama įvairias Žemės vietoves, priverčia susidaryti skirtingos temperatūros oro masėms, kurios pradeda judėti ir susidaro vėjas. Taigi vėjo energija taip pat atsiranda dėl Saulės. Iš visų šiuo metu esančių atsinaujinančių energijos šaltinių vėjo energetika turi didžiausius plėtojimosi tempus. Sparčiai tobulinama ne tik pramoninė vėjo energetika, kurioje naudojamos šimtų ir tūkstančių kilovatų galios jėgainės, bet ir buitinė, skirta sodyboms ar individualaus namo poreikiams tenkinti, kur dažniausiai naudojamos kelių kilovatų galios vėjo jėgainės. Tokį spartų tempą lemia palankios ekonominės sąlygos ir samprata, kad ekologiškai švari energija – ateities energija.

Nuo pat komercinės vėjo jėgainių gamybos ir jų panaudojimo pradžios vėjo jėgainės pastoviai didėja. Didėja jų matmenys ir instaliuota galia. Dėl didėjančių jėgainėse instaliuotų galių, taikomų pažangesnių technologijų ir atliekamų mokslinių tyrimų, laikotarpyje nuo 1973 iki 2003 metų instaliuojamų vėjo jėgainių kaina, tenkanti 1 kW instaliuotos galios, sumažėjo 4 kartus.

Tačiau remiantis Lietuvos Respublikos įstatymais vėjo jėgainių statyba yra priskiriama pprie ūkinės veiklos, kuri gali daryti reikšmingą poveikį aplinkai. Pagal „Planuojamos ūkinės veiklos poveikio aplinkai vertinimo įstatymą“ vėjo jėgainių įrengimui (kai aukštis įskaitant sparnų ilgį – daugiau nei 10 m ar turinčių 2 ar daugiau turbinų) yra atliekama atranka dėl poveikio aplinkai

privalomo vertinimo. Atranką atlieka regionų aplinkos apsaugos departamentai, kurie ir priima

išvadą ar privaloma atlikti poveikio aplinkai vertinimą. Vėjo energetikos projektai pagrindinai susiduria su įtaka kraštovaizdžiui, biologinei įvairovei, triukšmo lygiui, vizualiniam aspektui, socio-ekonominei situacijai, kulturos paveldui, turizmui, rekreacijai ir kt.

Šiuolaikinėse jėgainėse vėjo energija verčiama į elektros energiją, kuri naudojama buityje, o perteklius atiduodamas į tinklą. Geriausiai vėjo energijai išnaudoti tinka Lietuvos pajūro zona, kur metiniai vidutiniai vėjo greičiai viršyja 5,5 m/s. UAB „Vėjas“ 1991 metais suprojektavo pirmąją vėjo jėgainę Lietuvoje, kuri buvo pastatyta Prienų rajone. Buvo suprojektuotos kelios 60 kW galios jėgainės, viena iš jų pastatyta Kaune. Klaipėdos universitete buvo suprojektuota 10 kW galios vėjo jėgainė, kuri pastatyta Klaipėdos rajone. Visų šių suprojektuotų ir pastatytų vėjo jėgainių darbas nebuvo sėkmingas. Iškilo visa eilė techninių problemų dėl vėjo jėgainių efektyvumo, jų darbo patikimumo ir t.t.

Lietuvoje, įsisavinant vėjo energiją, jau atliktas pirminis vėjo energijos išteklių įvertinimas, naudojant meteorologinių stočių daugiamečius duomenis, sudarytos jų skaičiavimo metodikos. Jo būtinos, nes reikia

tinkamai parinkti vėjo jėgainių agregatus, sudaryti jų darbo grafiką, prognozuoti energijos išdirbį, nustatyti ekonominius rodiklius. Taip pat būtina ištyrinėti vėjo parametrų kitimą, gūsių susidarymą, vėjo greičio profilius, atsižvelgiat į žemės paviršiaus šiurkštumą ir teritorijos užstatymo laipsnį, bei vėjo srautų susidarymą už gamtinių ir urbanistinių kliūčių.

Formaliai Lietuva privalo vykdyti savo įsipareigojimus Europos Sąjungai (ES direktyva 2001/77/EB). Lietuva su ES Komisija yra suderinusi įsipareigojimus padidinti elektros

energijos dalį, generuojamą iš atsinaujinančių energijos išteklių, iki 7% nuo viso suvartojamo elektros energijos kiekio 22010 metais.

Šiuo metu netoli Būtingės naftos terminalo, 1 km nuo jūros kranto ir už kelių šimtų metrų nuo galingos elektros pastotės jau yra parinkta aikštelė šešių 600 kW galios vėjo jėgainių statybai. Iki 2010 metų gali būti pastatyta 30 vėjo jėgainių. Vėjo jėgainių statybą riboja ne tik palyginti maža elektros energijos kaina Lietuvoje, bet ir laisvų žemės plotų trūkumas, ir elektros tinklų galia pajūrio zonoje. Didėjant elektros energijos kainai, atsiras vis daugiau firmų, norinčių statyti vėjo jėgaines, todėl nuo 2010 iiki 2020 metų vėjo jėgainių gali padvigubėti.

Vandens energija. Hidroenergijai gauti naudojami keli būdai: gravitacinė energija iš kylančio-slūgstančio vandens ir upių tekėjimo energija.

Upių tekmės energija panaudojama gana seniai. Techniniai arba realūs hidroenergijos ištekliai šalyje įvertinti 2,7 mlrd. kWh/metus. Apie 22,2 mlrd. kWh/metus arba 80% visų išteklių tenka didžiosioms Lietuvos upėms: Nemunui ir Neriai, o visoms kitoms vidutinėms ir mažoms upėms (470)-apie 0,5 mlrd. kWh/metus arba 20%. Nors ekonomiškai efektyvesnės ir energetiškai reikšmingesnės yra didelės HE, tačiau dėl esamo elektrinių galių pertekliaus, griežtų ekologinių reikalavimų, didelių reikalingų investicijų ir kt. jos yra tolesnės perspektyvos uždavinys. Tačiau ištirti ir žinoti jų galimybes būtina jau dabar.

Nepaisant visų privalumų hidroelektrinės turi trūkumų: užtvankų kiekis yra ribotas, trukdo plaukti laivams, trukdo žuvims, be to, jos nėra ypatingai ekologiškos.

Energiją iš kylančio-slūgstančio vandens galima panaudoti, pastačius užtvankas. Deja, jos nėra labai ekologiškos. Be to, buvo paskaičiuota, kad vandens aukščio pokytis nėra toks jau didelis, kad apsimokėtų jį išnaudoti, turint omeny brangiai kainuojančias užtvankas.

Be aabejo, galima hidroenergiją išgauti ir nestatant užtvankų, tiesiog statyti turbinas prie tekančio vandens. Ir nors tai būtų daug ekologiškiau, jų naudingumo koeficientas yra daug mažesnis už tų sistemų, kurios naudoja užtvankas.

Kol kas panaudojama 14% turimų techninių hidroenergijos išteklių ir jų dalis bendrame energijos balanse yra apie 1% bei elektros energijos balanse apie 3%.

Žemės geoterminė energija. Žemės geoterminė energija – viena iš atsinaujinančios energijos rūšių, kuri jau įsisavinta Lietuvoje iš negiliai (iki 100 m) slūgsančių vandeningų horizontų Vilniuje ir Klaipėdoje ((instaliuotas galingumas 0,114 MWt). 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.

Žemės energijos panaudojimas yra labai įvairus – gali tenkinti centralizuotų ir pavienių vartotojų poreikius, suteikti jiems komfortą ir nekenkia aplinkai. Žemės energiją galima paversti šiluma arba elektra, rasti būdų kompleksiškam hidrosferos išteklių pritaikymui, ypač gydymo, poilsio ir sveikatos profilaktikos srityje, žemės ūkyje, pramonėje, kelių, lėktuvų nusileidimo takų sniego – ledo tirpinimui ir kitur.

Dėl radioaktyviųjų elementų skilimo kai kuriose Žemės vietose susidaręs geoterminis gradientas (temperatūros didėjimas priklausomai nuo gylio), yra labai aukštas, kad galima būtų gaminti elektros energiją. Tačiau šį energijos gavimo būdą apriboja nemažai techninių problemų. Kai kuriose vietose labai arti Žemės paviršiaus yra karštos lavos, kurią taip pat galima panaudoti, tačiau mokslininkai baiminasi, kad lavos atšaldymas gali sukelti Žemės drebėjimus.

Žemės energijos išteklių išgavimas susijęs su: karštomis sausomis uolienomis; karštu požeminiu vandeniu; žemos temperatūros požeminiu ir gruntiniu vandeniu; gruntu (dirvožemiu).

Augalinės biomasės energija. Augalinė biomasė (mediena, šiaudai, energetiniai augalai) yra vienas iš reikšmingiausių atsinaujinančios energijos šaltinių Lietuvoje ir sudaro svarbią vietinio kuro dalį. Biomasė yra ekologiškai gana švarus kuras. Kasmet fotosintezės metu augalų stiebuose, šakose ir llapuose sukaupiamas energijos kiekis, keletą kartų didesnis už pasaulio energijos poreikius. Biomasė išsiskiria iš kitų energijos šaltinių tuo, kad tai akumuliuota saulės energija.

Tradicinis ir labiausiai paplitęs energijos gamybos iš biomasės būdas yra tiesioginis jos deginimas.

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.

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.

Kalbant apie energijos gamybą iš žemės ūkio atliekų būtina paminėti šiaudus. Kitų šalių patirtis rodo, kad apie 10-12 proc. bendro šiaudų kiekio būtų galima panaudoti energijai gaminti, t.y. apie 400 000 tonų. Toks šiaudų kkiekis maždaug atitiktų 134 ktne energiją.

Be to, Lietuvoje yra apie 30 tūkst. ha žemės ūkiui netinkamų žemių ir apie 20 tūkst. ha baigiamų eksploatuoti durpynų, kuriuose būtų galima įveisti energetinių želdinių, šiuo atveju – greitai augančių medžių ar krūmų plantacijas.

Išvados. Šiame darbe plačiau buvo aptarti tik pagrindiniai atsinaujinantys ar iš dalies atsinaujinantys (biomasės) energijos šaltiniai. Iš tikrųjų, egzistuoja ir kitų atsinaujinančių energijos šaltinių. Prie beveik atsinaujinančių energijos šaltinių galime priskirti ir kuro elementus, kuriuose deginamas vandenilis, o šios reakcijos rezultatas yra tik vanduo, taigi jis būtų absoliučiai ekologiškas. Tačiau vandenilį sunku sandėliuoti, jo suskystinimas yra gana brangus, o vandenilio gamyba apskritai yra labai sudėtinga ir brangi. Teoriškai egzistuoja ir tokie atsinaujinantys energijos šaltiniai, kurie remiasi vandens bangų energija, slėgio pokyčiu atmosferoje, branduoline sinteze, vandenynų šilumine energija (vanduo skirtingame gylyje yra skirtingos temperatūros).

Apžvelgę jau naudojamus atsinaujinančius energijos šaltinius, galime drąsiai teigti, jog šių šaltinių technologijos sparčiai vystosi, o poreikis vis didėja, kadangi dabar naudojami elektros energijos gavybos būdai nėra ekologiški. Belieka tik tikėtis, kad ateis toks laikas, kai sugebėsime pasigaminti sau pakankamai elektros energijos iš Saulės ar kitų atsinaujinančių šaltinių neteršdami gamtos ir nekeldami pavojaus žmonijai.

Naudota literatūra:

Žilinskas E., Adomavičius V., Vyšniauskas V. “Saulės energijos panaudojimas” Vilnius, 2001

Žilinskas E. “Fotoelektros naudojimo

praktika ir perspektyvos” Mokslas ir technika, 2002

Židonis V. “Ar verta kinkyti vėją Lietuvos pajūryje?” Statyba ir architektūra, 2002

Prof. Katinas V., dr. Markevičius A. “Vėjo energijos naudojimo raida Lietuvoje”

Petrauskas G., Adomavičius V. “Vėjo energijos išteklių ir jėgainių techninių ekonominių rodiklių įvertinimas projektavimo stadijoje” Energetika, 2001

Ragaišienė J., Adomavičius V., Balčiūnas P. “Mikrohidroelektrinės Lietuvos energetikos rinkoje” KTU konferencijos pranešimų medžiaga. Kaunas: Technologija, 2002

Balčiūnas P., Adomavičius V., Leonavičius V. “Atsinaujinančiųjų šaltinių energijos technologijų centro veiklos kryptys” Energetika, 2002

Interneto medžiaga