CC BY
16Части I и II опубликованы: «Альтернативная энергетика и экология» (1ЭиАЕЕ). 2006. № 12. С. 23-30; «Альтернативная энергетика и экология» (^АЕЕ). 2007. № 9. С. 35-41.
УДК 621.8.036 + 551.551
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ СЕРОВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ЧЕРНОГО МОРЯ Альтернативная энергетика сероводородной зоны Черного моря и Черноморского региона.
Часть III
Г.Н. Бондаренко1, Б.В. Борц2, Б.А. Горлицкий1,
22 И.М. Неклюдов , В.И. Ткаченко
1Институт геохимии окружающей среды НАН и МЧС Украины Украина, 03142, Киев, пр. Палладина, 34 а e-mail: etn@rambler.ru Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Украина, 61108, Харьков, ул. Академическая, 1 e-mail: tkachenko@kipt.kharkov.ua
Обсуждаются перспективы использования традиционных возобновляемых источников энергии Черноморского региона, которые вдобавок к разрабатываемой технологии извлечения и утилизации сероводорода будут способствовать повышению эффективности сероводородного энергогенерирующего комплекса (СВЭК).
Описаны различные виды аккумулированной энергии в Черном море и регионе, а также оценены потенциальные возможности их утилизации. Указано, что созданный с помощью газлифта перепад высот можно эффективно преобразовать в электроэнергию с помощью гидравлических турбин. Кроме того, поднятая на поверхность с минимальными энергетическими потерями морская вода отличается от приповерхностной температурой и соленостью, что также может быть эффективно преобразовано в электроэнергию. Сделан вывод о том, что вклад этих видов энергии существенно превышает вклады от традиционных возобновляемых источников энергии (солнечная, ветровая, волновая).
AN ALTERNATIVE HYDROGEN SULFIDE ENERGY OF THE BLACK SEA An alternative energy of the Black Sea hydrosulphuric zone and of the Black Sea region. Part III
G.N. Bondarenko1, B.V. Borts2, B.A. Gorlitsky1, I.M. Neklyudov2, V.I. Tkachenko2
'Institute of Environmental Geochemistry, National Academy of Sciences of Ukraine 34 a, Palladin Ave., Kiev, 03142, Ukraine e-mail: etn@rambler.ru 2National Science Center "Kharkov Institute for Physics & Technology", National Academy of Sciences of Ukraine 1, Akademicheskaya st., Kharkov, 61108, Ukraine e-mail: tkachenko@kipt.kharkov.ua
The prospects of the usage of traditional renewed energy sources of the Black Sea region which in addition to developed technology of extraction and recycling of hydrogen sulphide, will promote increasing of efficiency hydrogen sulphide energy generated complex (HSEC) is discussed.
Various kinds of the accumulated energy in Black sea and its region are described, and also potential opportunities of their recycling are appreciated. The difference of heights created with the help gas lift can be transformed effectively to the electric power with the help of hydraulic turbines is specified. The lifted on a surface of the sea deep water with the minimal power losses differs from surface one in temperature and salinity, which also can be effectively transformed into the electric power, is shown. The conclusion that the contribution of these kinds of the energy essentially exceeds contributions from traditional renewed energy sources (solar, wind, wave) is made.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (72) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Введение
Стимулами для развития энергетики на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) являются прогнозы исчерпания традиционных энергопроизводящих полезных ископаемых и ухудшение состояния окружающей среды вследствие функционирования традиционной энергетики. Энергетика на основе ВИЭ является наиболее динамичной и перспективной отраслью мировой энергетики и снимает ряд проблем исчерпания традиционных органических энергоресурсов и требований экологической безопасности. Это провоцирует также резкое увеличение цен на стоимость топлива для атомной энергетики и на углеводородное топливо (нефть и газ) и трудности с его получением и доставкой. Наиболее очевидными направлениями освоения ВИЭ являются:
- водородная энергетика;
- ветровая энергетика;
- солнечная энергетика;
- геотермальная энергетика;
- гидроэнергетика (большая и малая);
- биоэнергетика;
- энергетика, основанная на сероводороде, растворенном в морской воде или находящемся в газовой фазе грязевых вулканов;
- энергетика окружающей среды (вторресурсы типа твердых бытовых отходов (ТБО), различия солености морских и пресноводных вод).
Прогнозы развития мировой энергетики на ближайшие десятилетия таковы, что в 2040 г. 50% электроэнергии будет производиться из ВИЭ, в том числе в Украине - не менее 30%. Этому будут способствовать, в частности, закон Украины «Об альтернативных источниках энергии» (№ 555-1У от 20.02.03) и разрабатываемые на его основе программы и нормативно-правовые документы [1].
Черноморский регион в этом смысле является наиболее перспективным, т.к. наряду с имеющимися здесь традиционными ресурсами возобновляемой энергии существует практически неисчерпаемый запас сероводорода, который по энергетической ценности ненамного уступает природному газу. Естественно, изучение вопроса комплексного извлечения энергии из всех существующих источников Черного моря и Причерноморского региона представляет большой интерес.
Поиск оптимальных способов ее использования применительно к специфике Причерноморского региона является актуальной проблемой. Ниже остановимся на описании видов аккумуляции энергии в Черном море и Черноморском регионе, а также возможных способах ее утилизации.
Сероводородные источники энергии
Черное море - не единственный на нашей планете водный бассейн, воды которого заражены сероводородом. Сероводород присутствует также в водах впа-
дины Карьяко, Красного моря, у побережья Перу, Намибии, в некоторых глубоких фьордах Норвегии. Воды Красного моря имеют одну из самых больших концентраций этого газа, однако Черное море удерживает пальму первенства среди вышеперечисленных регионов по массе растворенного в его водах сероводорода.
До последнего времени существовала точка зрения о нецелесообразности извлечения сероводорода из черноморской воды ввиду непредсказуемых экологических последствий, а также малой энергетической эффективности ожидаемого эффекта из-за низкого уровня концентрации сероводорода. Черное море в тонком приповерхностном слое толщиной 100-150 метров не содержит сероводорода. С ростом глубины его концентрация растет, достигая у дна моря максимальной, которая оказывается порядка ~ 10 мг/л [2].
Однако более пристальное изучение проблемы утилизации сероводорода Черного моря показало, что возможно получение сероводорода из глубин Черного моря на основе новейших технологических разработок, позволяющих извлекать сероводородную воду с минимальными затратами энергии на ее подъем экологически безопасным способом [3] и обеспечивающих при этом оптимальные условия выделения газообразного сероводорода из морской воды [4].
Если из Черного моря ежегодно изымать около 25 млн тонн сероводорода, то это будет эквивалентно получению энергии порядка 9,25 млрд кВтч (сгорая, один килограмм сероводорода дает энергию 1334 кДж). Этот показатель составляет 10,4% от уровня производства электроэнергии АЭС Украины (88,782 млрд кВтч в 2005 г. Таким образом, Черное море, как источник сероводорода, может дать существенную добавку в энергобаланс Украины [2].
Для получения такой добавки необходимо решить проблему энергетически выгодной доставки сероводородной воды на поверхность моря.
В работах [5, 6] предложен энергетически выгодный метод подъема сероводородной черноморской воды, который использует ее природную газонасыщенность для организации газлифта.
Полученный сероводород направляется либо непосредственно на получение электроэнергии прямым способом в высокотемпературном твердооксидном топливном элементе, либо на разложение на водород и серу, которые можно использовать в качестве экологически чистого горючего, а полимерную серу - в химической промышленности. Очищенную от сероводорода морскую воду возвращают в море на глубину, соответствующую показателю остаточной зараженности сероводородом возвратной воды, уменьшая при этом загрязненность морской воды сероводородом.
Тепловая мощность, получаемая при этом от прямого сжигания сероводорода, будет составлять величину ~ 80 кВт.
^/¿С^ , Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» N2 4 (72) 2009
© Научно-технический центр «TATA», 2009
Специфические гидроэнергетические ресурсы Черного моря
Гидроэнергетические ресурсы, предлагаемые для переработки в электроэнергию, имеют специфическую природу - они присутствуют в глубинных слоях черноморских вод и могут быть задействованы попутно при решении задачи извлечения сероводородной воды на заданную технологическую высоту [7].
Созданный с помощью газлифта перепад высот можно эффективно преобразовать в электроэнергию с помощью гидравлических турбин. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. В качестве прототипа гидроэлектростанции возможно использовать приливные гидроэлектростанции (ПЭС). Однако в отличие от ПЭС, которые всегда работают в условиях переменного напора, предлагаемая электростанция будет работать в условиях постоянного перепада давлений.
Для оценки эффективности гидроэлектростанции на возвратной сероводородной воде сравним их параметры с параметрами ПЭС, которые планируется строить в России в Тургурском и Пенжинском заливах Охотского моря, в районе Шантарских островов, где высота прилива достигает 13 м [8].
В случае извлечения сероводородной воды перепад высот может составить 13-15 м [9]. Микрогидроэлектростанция с пропеллерным рабочим колесом при напоре 4-10 м, площади заборного устройства 0,45 м2 и расходе 0,10-0,21 м3/с вырабатывает электроэнергию мощностью до 10 кВт.
Технологии преобразования тепловой энергии Черного моря
Поскольку Черное море является гигантским тепловым аккумулятором энергии Солнца, возможно использование его тепловой энергии. Одной из возможных технологий получения электроэнергии из тепловой энергии океана является технология ОТЕС (начальные буквы английских слов Ocean Thermal Energy Conversion) [10].
OTEC работает лучше всего, когда перепад температур между более теплым верхним слоем океана и более холодной глубинной океанической водой составляет около 20 °C. В Черноморском регионе этот показатель ниже и составляет величину 15-16° C у берегов вблизи границы Россия - Грузия и 14,5-15° C - у восточного побережья Крыма.
Имеется несколько примеров коммерческого использования различных видов технологий ОТЕС.
Технология закрытого цикла
Эта технология использует жидкость с низкой точкой кипения, типа аммиака, которая вращает турбину для выработки электричества. Теплая поверхностная морская вода, проходя через теплообменник, испаряет жидкость с низкой точкой кипения. Расши-
14
ряющийся пар вращает турбину, находящуюся на одном валу с электрогенератором, а холодная глубинная морская вода, проходя через второй теплообменник, конденсирует отработанный пар снова в жидкость. В 1999 г. Natural Energy Laboratory запустила экспериментальный OTEC закрытого цикла мощностью 250 кВт, который является наибольшей действующей электростанцией, когда-либо запущенной в эксплуатацию.
Технология открытого цикла
Эта технология использует теплую поверхностную воду тропических океанов, чтобы вырабатывать электричество. Технология заключается в следующем: теплая морская вода поступает в емкость низкого давления и начинает кипеть. Расширяющийся пар вращает турбину низкого давления, соединенную с электрическим генератором. Пар, который является почти чистой пресной водой, снова конденсируется в воду под действием холодной глубинной океанической воды.
Гибридная технология
Эта технология комбинирует особенности технологий открытого и закрытого циклов. В гибридной системе теплая морская вода входит в вакуумную емкость, где превращается в пар, подобно технологии открытого цикла.
Из названных выше технологий очевидно преимущество открытых или гибридных технологий OTEC - производство электроэнергии и пресной воды. Теоретически такие OTEC технологии позволяют производить до 2 МВт чистого электричества, а также получать до 4300 м3 дистиллированной воды ежедневно.
Поэтому, несмотря на то, что Черноморский регион не тропический, отмеченные выше преимущества необходимо использовать при проектировании СВЭК.
Энергия градиента солености Черного моря
В настоящее время считается, что наиболее перспективные методы утилизации энергии градиента солености основаны на использовании осмотического давления. Поэтому часто говорят об энергии градиента солености как об энергии осмоса [11].
Явление осмоса заключается в следующем. Если взять полупроницаемую мембрану и поместить ее в качестве перегородки в каком-либо сосуде между пресной и соленой водой (полупроницаемая мембрана - перегородка, которая пропускает молекулы пресной воды в половину сосуда, заполненную соленой водой, а молекулы соли мембрана не пропускает в половину сосуда с пресной водой), то осмотические силы начнут перекачивать пресную воду в соленую. За это свойство мембрана и называется полупроницаемой. Выделяющаяся при этом процессе энергия проявляется в виде повышенного давления, возни-
; ' Щ
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (72) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
кающего в части сосуда с соленой водой. Это давление принято называть осмотическим (иногда называют осмотическим водопадом).
Для получения осмотической энергии необходимо иметь вблизи концентрированного раствора источник с меньшей концентрацией соли. В условиях мирового океана такими источниками являются устья впадающих в него рек. В Черном море это может быть разность соленостей глубинных (свыше 1500 м) и верхних слоев (менее 50 м), которая достигает значений 5-60/00. Такой перепад соленостей может обеспечить осмотическое давление 3 атм, что эквивалентно подъему воды на высоту до 30 м.
Энергия градиента солености, рассчитанная по осмотическому давлению, не подвергается ограничениям по КПД, которые связаны с циклом Карно. В этом и заключается одна из положительных особенностей этого вида энергии. Вопрос состоит в том, как лучше преобразовать ее в электроэнергию.
Практическая реализация осмотических преобразователей возможна в ближайшее время. Так, крупнейший норвежский электроэнергетический концерн 81а1кгай: строит первую в мире осмотическую электростанцию.
Для Черного моря осмотический подъем воды на высоту до 30 м позволит получить до 100 кВт электроэнергии с площади 1 м2 при использовании, например, микрогидроэлектростанции МГЭС-100К.
Ветровые волны и зыбь Черного моря
Ветровые волны и зыбь сплошь распространены на открытых поверхностях воды малых водоемов, а также на просторах океанов и морей.
Ветровыми волнами называются поверхностные волны, вызванные ветром и находящиеся под его динамическим воздействием. Когда ветер прекращается, на воде остается зыбь, высота которой постепенно уменьшается. Высотой волны или зыби называется расстояние по вертикали, которое отделяет впадину от гребня.
Первая теория поверхностных волн была предложена профессором Пражского университета Гер-стнером в 1802 г. [12]. Но она относилась к вихревым движениям воды и не определяла максимально возможную высоту волн. Гораздо позже, независимо Кельвином и Гельмгольцем, были выполнены работы по объяснению возникновения неустойчивости поверхности воды под воздействием ветра [13, 14].
В этих работах было показано, что ветровое волнение возникает из-за развития неустойчивости [15], которая впоследствии получила название «неустойчивость Кельвина-Гельмгольца». Такие волны могут аккумулировать в себе огромные запасы энергии. Кроме этого, такие волны могут характеризоваться необычным поведением их амплитуд: они могут расти по величине за очень короткие промежутки времени взрывным образом [16, 17].
Для оценки эффективности волноэнергетической установки в Черноморском регионе необходимо определить основные параметры волн и зыби, которые присущи Черному морю.
Сначала о максимальных значениях параметров волн, которые должны быть использованы при проектировании волноэнергетических установок.
Так, наибольшая высота волн Черного моря составляет 14 м, а длина - 200 м. Уникальная волна зарегистрирована стационарным буем у побережья г. Геленджика в 2001 г.. Ее высота превышает фоновую высоту волн 2-2,5 м в 3,9 раза, а длина волны -порядка высоты. При этом характерное время жизни такого образования составляет всего 4-5 с (за это время волна пробегает 20 м).
Согласно специальной 9-балльной шкале состояния поверхности моря принято считать, что 1 балл волнения соответствует высоте волн 25 см, 2 балла -25-75 см, 3 балла - 75-125 см и т.д.
Оценку средней мощности волноэнергетической установки производят исходя из усредненных параметров волн.
Среднегодовое значение высоты волн в Черном море в 2003 г., по данным волновой станции DATAWELL, равно 90-100 см. Основываясь на том, что для северо-западной части Тихого океана, где средняя высота волн примерно 1,25 м, мощность волно-энергетической установки составит примерно 75 кВт/м, аналогичная мощность, получаемая из волн Черного моря длиной не более 20 м, составит 25 кВт/м.
Преимуществами данного метода получения энергии является то, что для использования энергии ветровых волн и зыби в отличие от приливных станций обычно не надо искать специальных мест с особо благоприятными географическими условиями. Они бывают на любой акватории. Кроме этого, чтобы утилизировать энергию ветровых волн (и зыби), не надо строить больших и дорогих плотин.
Солнечная энергия Крыма
Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца, равен 1367 Вт/м2 (солнечная постоянная). Из-за поглощения атмосферой Земли максимальный поток солнечного излучения на уровне моря - 1020 Вт/ м2. Согласно другим справочным данным [18], реальный поток солнечного излучения у Земли составляет примерно 1 кВт на квадратный метр. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла Солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раз меньше. Это количество энергии с единицы площади определяет возможности солнечной энергетики. Перспективы выработки солнечной энергии также уменьшаются из-за глобального затемнения
-уфС , Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» N2 4 (72) 2009
© Научно-технический центр «TATA», 2009
- антропогенного уменьшения солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.
Основной вклад в плотность потока солнечного излучения приходится на видимое и инфракрасное излучение, т.к. вклад в поток солнечной радиации излучения с длиной волны больше 2,5 мкм пренебрежимо мал [18].
При этом доля прямой солнечной радиации составляет: с ноября по февраль - 20-40%; с марта по октябрь - 40-65%. На южном берегу Крыма в летние месяцы - до 65-70%.
В Крыму наблюдается также наибольшее число солнечных дней в течение года (290-300 дней в год), что создает энергетически благоприятную и экономически выгодную ситуацию для широкого практического использования солнечной энергии.
Основными технологическими методами утилизации энергии Солнца являются: фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в электрическую энергию или получение тепловой энергии для теплоснабжения зданий (зеркальный концентратор, водонагреватель, тепловой концентратор).
Ниже остановимся на кратком обсуждении особенностей применения этих методов.
Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии
Современное производство фотоэлементов практически полностью основано на кремнии. Перспективность применения кремниевых фотопреобразователей солнечной энергии обусловлена их экологич-ностью, значительным сроком службы фотоэлементов (более 25 лет при средних темпах деградации фотоэлектрических свойств батарей 1% в год) и малыми затратами на их обслуживание. Около 80% всех модулей производится с использованием поли-или монокристаллического кремния, а остальные 20% используют аморфный кремний. Солнечные батареи из аморфного кремния обладают уникальными, присущими только им качествами: высокий КПД преобразования солнечной энергии в электрическую (до 10%); низкая стоимость получаемой электроэнергии - 10-12 центов/(кВтч); малый вес на единицу мощности; невосприимчивость к механическим повреждениям (ударам, изгибам и поражающим воздействиям, таким как прострел или осколочное поражение).
Мощность фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии, внедряемых в Крыму, к 2010 г. может составить до 3,0 МВт, что обеспечит экономию топлива до 1,7 тыс. т. условного топлива в автономных системах энергообеспечения [19] (теплота сгорания условного топлива равна 29,33 МДж/кг).
Ориентируясь на показатели поступающей на землю солнечной энергии в Крымском регионе, оценим эффективность применения фотоэлектрических преобразователей.
Среднегодовая дневная мощность солнечного излучения в Крыму (около 45° северной широты) оце-
16
нивается величиной 448,6 Вт/м2 [20]. При КПД преобразования 10-14% с 1 м2 фотоэлектрического преобразователя можно получить 44,8-62,8 Вт электрической мощности. Полученная мощность с одного квадратного метра площади позволит сэкономить 132 кг условного топлива в год.
Зеркальный концентратор
Принцип работы зеркального концентратора заключается в фокусировании солнечных лучей, например, с помощью вогнутого зеркала. Зеркало является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала и направляются на емкость, в которой находится эффективный теплопо-глотитель, например, вода. Зеркала в установках используются либо традиционные - стеклянные, либо из полированного алюминия.
Тепловая мощность зеркального концентратора определяется количеством солнечной радиации, рабочей поглощающей поверхностью и ее термическим КПД (обычно 20-50%). Так, например, при потоке мощности солнечной радиации порядка 850 Вт/м2 КПД термического преобразования 30% и поглощающей площади порядка 1,25 м2 можно получить порядка 320 Вт тепловой мощности или 260 Вт электрической мощности (при 80% КПД преобразования тепловой мощности в электрическую в паровых турбинах).
Водонагреватель
Еще одно перспективное направление гелиоэнер-гетики: прямое получение тепловой энергии для обогрева зданий. Среднегодовая плотность потока солнечной энергии составляет на территории Украины 180-250 Вт/м2 (в Крыму этот показатель выше в 1,5-2,5 раза). Этой энергии достаточно для нагрева 100-120 литров воды с одного квадратного метра площади до температуры 45-55° С.
Наличие в Крыму большого количества солнечных дней в году (290-300) создает прекрасную перспективу использования гелиоколлекторов. Учитывая прогнозируемый рост цен на энергоносители и экологическую чистоту получаемой энергии, использование солнечной энергии весьма выгодно. Предлагаемые системы наиболее эффективны на объектах, теплоснабжение и горячее водоснабжение которых осуществляется от котельных, использующих жидкое топливо (печное топливо, мазуты, дизтопливо). Максимальный эффект достигается на курортно-рекреационных объектах, где пик потребления горячей воды совпадает с максимальным количеством солнечных часов в день. Предлагаемые гелиосистемы, благодаря совершенной системе автоматического управления, надежно работают совместно с автоматизированными котельными. Дневная энергопроизводительность на 50-й широте примерно равна 2 кВт ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60-70 град. КПД установки - 40%.
; ' Щ
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (72) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Тепловой концентратор
Тепловой концентратор - это емкости различной геометрии, изготовленные из теплоизолирующего материала, с одной стороны закрытые одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнистый металлический лист, окрашенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух или вода, периодически или постоянно они отводятся оттуда с помощью вентилятора или насоса.
В конце этого раздела необходимо отметить, что технология солнечных автономных нагревателей воды может быть внедрена одной из самых первых из вышеперечисленных, т.к. затраты на разработку и изготовление таких нагревателей незначительны, их стоимость доступна каждому потребителю, а срок окупаемости один-два года.
Ветровая энергия Крыма
Господствующими ветрами в Крыму в среднем за год являются ветры северной части горизонта сравнительно очень небольшой силы (не более 6 метров в секунду, или 2 баллов по Бофорту).
Наибольшая же скорость во время сильных бурь достигает значений 20 м/с и более, а на больших высотах над Ялтой доходит и до 40 м/с.
С ростом высоты скорость ветра увеличивается в 2-2,5 раза, а значит, растет его энергонагруженность. Поэтому разработка технологий преобразования энергии ветра на высотах более 50-100 м с максимальным КПД является актуальной для Украины
[21] и может также способствовать увеличению эффективности СВЭК.
Применение простой формулы расчета производства электроэнергии ветровой энергоустановкой, созданной на базе низкооборотистой турбины, концентратора ветра, выходного устройства для обеспечения оптимальных режимов прохождения ветра через турбину, а также новых конструкционных материалов, позволяет довести КПД до уровня 50-55%
[22]. Таким образом, количество получаемой электроэнергии увеличится в 8-15,6 раза на единицу оме-таемой поверхности за счет увеличения высоты отбора энергии, а также в 2-2,5 раза за счет повышения КПД ветротурбины.
Расчеты показывают, что использование высотной (100 м и более) энергии ветра может добавить в энергобаланс Крымского региона до 70 Вт на 1 м2 ометаемой поверхности.
Энергия глубинного теплового потока Земли
В Крыму имеются возможности использования энергии глубинного теплового потока Земли. Обычно температура в горных выработках растет с каждым километром глубины на 25-30° С. На большей части Украинского щита фоновые значения глубинного теплового потока составляют около 44 МВт/м2,
а в районах аномалий они достигают величин 7090 МВт/м2, а в некоторых случаях и до 130 МВт/м2. Такие зоны отмечены и в Крыму. Экономические оценки указывают на рентабельность использования геоэнергетических ресурсов для теплоснабжения при минимальной величине геотермического градиента 0,02-0,025 С/м, где С - объемная теплоемкость горных пород, равная 2,5 МДж/м3 [23].
Энергия отходов жизнедеятельности человека
Энергетика постоянно возобновляемых ТБО особенно актуальна для Крыма, учитывая уникально высокие требования к экологии в этом регионе, где в 2007 г. по официальным данным их накоплено около 1 млн тонн [24]. Наиболее чистым способом переработки этого количества ТБО является технология плазменной газификации «Термоселект», на основе которой в Японии уже работает 7 заводов, из которых первый запущен в 1998 г. Эта технология не загрязняет атмосферу и не образует вторичных отходов - все превращается в синтез-газ и другую полезную продукцию [24]. 1 тонна ТБО создает при этом 1090 кВт/т энергии, часть ее идет на внутренние нужды производства, но 750 кВт/т идет на внешние потребления. При этом эта технология может использоваться и для переработки почти всех видов токсических отходов, кроме радиоактивных, в том числе до 20% жидких, что для Крыма неоценимо важно.
Аккумуляция энергии
В настоящее время для погашения суточных колебаний потребления электроэнергии, вырабатываемой АЭС, ТЭС, сооружаются дорогостоящие гидро-аккумулирующие комплексы, зачастую связанные с затоплением полезных площадей и нарушением экологического равновесия. Некоторые возобновляемые источники энергии (ветровые, солнечные) подвержены суточным и сезонным колебаниям. Для аккумуляции энергии этих источников уже используются такие методы, как электролиз воды с получением водорода. Потому остается актуальной задачей разработка экономически рентабельных и экологически оправданных технологий аккумуляции энергии большой мощности, эквивалентные мощностям гид-роаккумулирующих комплексов.
Выводы
Таким образом, комплексное извлечение перечисленных выше видов энергии из сероводородной зоны Черного моря и Черноморского региона может дать в энергобаланс Крыма не только существенную добавку, но также способствовать социально-экономическому развитию региона. Сказанное подтверждается изображенной на рисунке гистограммой, характеризующей абсолютные значения удельного вклада каждого вида возобновляемого источника энергии.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 4 (72) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
Из гистограммы следует, что специфические гидроэнергетические ресурсы сероводородной зоны Черного моря (гидроэнергетика и осмос) наряду с использованием сероводорода, ОТЕС и волновой технологии, а также переработкой ТБО в промышленном масштабе могут обеспечить существенный вклад в традиционный энергетический баланс Крымского региона. Остальные виды ВИЭ имеют меньшие удельные энергетические показатели и могут быть рекомендованы как для промышленного использования в виде отдельных энергогенерирующих заводов (солнечных, ветровых или преобразующих тепло Земли), так и для индивидуального использования в частном секторе.
Гистограмма удельного вклада возобновляемых источников
энергии Крымского региона Histogram of a specific contribution of renewable energy sources of Crimean region
Резюмируя все вышеизложенное, можно утверждать, что комплексное использование возобновляемых источников энергии окружающей среды уже на современном уровне развития технологических разработок может решить проблему перехода на экологически чистую альтернативную энергетику. На примере Крыма и Черного моря возможно превращение Причерноморского региона из энергопотребляющего в энергопродуцирующий.
Естественно, потребуются значительные инвестиции, но их окупаемость и экологическая целесообразность очевидны.
Подобное комплексное рассмотрение альтернативной энергетики возобновляемых источников энергии необходимо проводить в каждом регионе Украины и закладывать на основе этого программы реальных продвижений в этом направлении. Используя тавтологию, можно сказать, этому альтернативы нет. И это проблема не неопределенного будущего, а насущного настоящего.
Список литературы
1. Кудря С.О. Шляхи i засоби тдвищення ефекгивносп розвитку вiдновлювальноï енергетики в Украш // «Досвщ». 2007. № 4. С. 34.
2. Борц Б.В., Неклюдов И.М., Полевич О.В., Тка-ченко В.И., Шиляев Б.А. Альтернативная сероводородная энергетика Черного моря. Состояние, проблемы, перспективы. Ч. 1. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2006. № 12 (44). С. 23-30.
3. Александров А.Н., Борц Б.В., Касимов А.М., Ткаченко В.И. Сероводородная энергетика Черного моря - экологические проблемы и перспективы // Сб. научн. статей IV Международ. научн.-практич. конф. «Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення», 8-12.09.2008, г. Алушта, АР Крым. Т. 2. С. 3-6.
4. Бондаренко Г.Н., Колябина И.Л., Маринич О.В. Химические формы сероводорода в глубинных водах Черного моря // ibid, С. 346-350.
5. Патент Украши № 25861. Споаб добування срководню з морсь^' води / Борц Б.В., Неклюдов !М., Полевич О.В., Ткаченко В.! // Державний реестр патенпв Украши. 2007. № 13.
6. Москвитина Ю.К., Полевич О.В., Хорошева О.В., Ткаченко В.И. Способы подъема сероводородной черноморской воды с заданных глубин // Сб. научн. статей ХГУ Международ. науч.-техн. конф. «Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов», 4-8 июня 2007, г. Щелкино, АР Крым. Т. 2. С. 206-207.
7. Неклюдов И.М., Азаренков Н.А., Борц Б.В., Полевич О.В., Ткаченко В.И. Альтернативная сероводородная энергетика Черного моря. Энергетически выгодные способы извлечения сероводородной воды с заданных глубин. Ч. II. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2007. № 9 (53). С. 35-41.
8. Флейвин K., Данн С. Создание новой энергетической системы. В сб. «Состояние мира. 1999». М.: Весь мир, 2000.
9. Неклюдов И.М., Борц Б.В., Полевич О.В., Ткаченко В.И., Шиляев Б. А. Водородная энергетика на основе сероводородных ресурсов Черного моря // V международная конференция «Водородная экономика и водородная обработка материалов» ВОМ-2007, Донецк, 21-25 мая 2007 г. Т. 1. С. 149-153.
10. Вершинский Н.В. Энергия океана. М.: Наука, 1986.
11. Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Большая Российская Энциклопедия. Т. 3.
12. Gerstner F. The theory of waves. Abh. d. k. böhm. Ges. d. Wiss. 1802.
13. Kelwin W. On stationary waves in flowing water // "Phil. Mag." 1871, ser. 4, 42. P. 362.
14. Helmholtz G. Die Energie der Wogen und des Windes // "Will. Abhaudl". Leipzig, 1895. 3. P. 332-355.
15. Ламб Г. Гидродинамика. М.: ОГИЗ, Гостехиз-дат, 1947.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 4 (72) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
16. Гущин В.В., Моисеев С.С., Пунгин В.Г., Тка-ченко В.И. Неодномерные и автомодельные свойства взрывных процессов в стратифицированных сдвиговых течениях // ДАН СССР. 1985. 285, №1. С. 65.
17. Ткаченко В.И., Адронов Д.А. Взаимодействие волн нулевой энергии, неколлинеарных скорости течения Кельвина-Гельмгольца // Вестник ХГТ, спецвыпуск. 1999. С. 162-164.
18. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990.
19. Шульман Р.Ф. Энергосберегающая энциклопедия биотопливных технологий и альтернативных источников энергии. Киев, 2006.
20. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991.
21. Довженко Г. Вггер мае працювати // Урядовий кур'ер. № 219, 22.11.2007.
22. Tkachenko V.I. High effective wind turbine with concentrator on base of the latest materials and technologies // Workshop of CNCP, Moscow, 16-20 September, 2007.
23. Гордиенко И.В., Завгородняя О.В. Глубинный тепловой поток и геоэнергетические ресурсы Украины / Енергетика Земл^ ii геолого-еколопчш прояви, науково-практичне використання. К.: Видавничо-полiграфiчний центр «Кшвський ушверситет», 2006.
24. Горлицкий Б.А., Ткаченко В.И. Альтернативная возобновляемая энергетика Черного моря и Причерноморья // Сб. научн. статей IV Международ. на-учно-практич. конф. «Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення», 8-12.09.2008, г. Алушта, АР Крым. Т. 2. C. 358-364.
ON
о о
CN 1
и
ОБЪЕДИНЕННЫЙ КАТАЛОГ
1н Российски« и эаруйежтв i .1 >111 и куриалы 2 Книт н учвбмии
м
S <
О С
т О
<
о с
ПРЕССА РОССИИ
1
том
ГАЗЕТЫ И ЖУРНАЛЫ
ПОДПИСКА - 2009 на июль-декабрь по Объединенному каталогу «Пресса России»
На почте с апреля 2009 г. проводится подписная кампания на
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология»
по Объединенному каталогу Пресса России «ПОДПИСКА-2009, второе полугодие»
Условия оформления подписки (аннотация, индексы, стоимость) вы найдете в I томе каталога на странице 247
ТРЕБУЙТЕ ОБЪЕДИНЕННЫЙ КАТАЛОГ НА ПОЧТЕ!
Контактный номер телефона специалиста по распространению (495) 661-20-30
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 4 (72) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
