Обновливи извори на енергија

Обновлива енергија – енергија која се добива од природни извори, како сончева светлина, ветар, дожд, водени бранови и геотермална енергија, кои се обновливи (природно се обновуваат). Технологиите на обновливи извори на енергија ги вклучуваат сончевата енергија, ветерната енергија, хидроенергијата, енергијата на биомаса и биогориво. Скоро целата обновлива енергија доаѓа од Сонцето. Сонцето кон Земјата зрачи 5,25 kWh/m² на ден. Сончевата константа е 1,366 kW/m²). После векови користење на енергијата на фосилните горива, денес глобалната слика се менува, а обновливата енергија сè повеќе се смета за еден од клучните чинители на идниот развој на Земјата.

Хидроелектраната Јаруга је втора најстара хидроелектрана на светот и прва во Европа.

Мала хидроелектрана Озаљ, на реката Купа, во Озаљ.

Во 2006 година околу 18% од вкупно потрошената енергија произлегла од обновливи извори на енергија, при што 13% отпаѓа на традиционалната биомаса (изгорено дрво). Снагата на водата е следниот најголем обновлив извор со 3%, а топлата вода следи со 1,3%. Од новите технологии како геотермалната енергија, енергијата на ветерот, Сонцето и океаните, заеднички е искористено 0,8% од вкупно потрошената енергија. Техничките можности за нивна употреба се големи, ги надминуваат сите останати веќе достапни извори и биле препорачани како првенствени извори.

Технологиите на обновливите извори на енергија понекогаш се критикувани заради тоа што се испрекинати (неконтинуирани) или неугледни, а и покрај тоа пазарот сè уште расте со многу облици на обновливи извори на енергија. Искористувањето на снагата на ветрот се зголемува 30% годишно со инсталирани капацитети од 100 GW на глобално ниво и широко се користи во неколку држави на Европската Унија и САД. Производната моќност на фотонапонската индустрија достигнала повеќе од 2.000 MW и фотонапонските електрани се особено популарни во САД, Германија, Шпанија, а во последно време и во Кина. Сончевите термоелектрани се користат во Соединетите Американски Држави и Шпанија, а најголемата е со моќност од 354 MW и се наоѓа во пустината Мохаве. Најголемата светска геотермална електрана Гејсерс во Калифорнија е со капацитет од 1517 MW. Бразил има една од најголемите светски програми за користење на обновливите извори кои вклучуваат производство на биоетанол од шеќерна трска и моментално етанолното гориво претставува 18% од бразилското автомобилско гориво. Истото е достапно и во Соединетите Американски Држави.

Технологијата за производство на енергија од обновливи извори покрај кон големите се насочила и кон мали, невмрежени примени, во рурални среди каде енергијата е пресудна во човековиот развој. Кенија има најголем светски удел на мали (20 до 100 W) куќни сончеви системи со преку 30.000 продадени системи на годишно ниво.

Климатските промени проследени со високи цени на фосилните горива, вршната вредност на нафтата, довело владите да ја зголемат својата поткрепа и да го поттикнат и комерцијализираат користењето на обновливи извори на енергија. Спогодбата потпишана во март 2007 година од страна на претседавачот на Европската Унија, условува 20% од национално произведената енергија до 2020 година да биде од обновливи извори со соодветно намалување на емисијата на јаглерод диоксид CO₂, кој е причинител на глобалното загревање. Вложувањата во обновливи извори од 80 милијарди американски долари во 2005 година, се зголемила на 100 милијарди во 2006 година. Енергијата на ветерот прва стигнала до 1% од производството на електрична енергија, а Сончевата енергија не е далеку од оваа вредност.

Важност на обновливите извори на енергија

Со искористување на обновливите извори на енергија (сончева енергија, хидроенергија, ветерна енергија и биомаса) за производство на електрична енергија се добива еколошки чиста енергија, а со тоа и почиста животна средина. При тоа, расте свеста, еколошкото наследство што ќе им го оставиме на идните генерации да не биде помало од она што го наследивме.

Емисијата на штетни гасови во воздухот е причина за 2/3 од белодробните и кардиоваскуларните заболувања во Р Македонија. Со ефектот на стаклена градина, глобалното затоплување претставува сериозен метеоролошки проблем, што се забележува преку зголемувањето на бројот на природни непогоди (суши и поплави). Промената на климата има голем потенцијал да предизвика големи влијанија врз човечкиот и природниот систем. Понатамошни климатски промени се очекувани со зголемување на емисиите на стаклените гасови. Доколку необновливите извори на енергија (јаглен и јадрени материи) се користат единствено како резервни извори на енергија во случај на елементарни непогоди, значително ќе се зачуваат резервите на необновливи извори на енергија кои ќе ги наследат понатамошните генерации. Тоа единствено може да се постигне преку модернизација на производството на електрична енергија и нејзина дистрибуција.

Топењето на мразот на Земјините полови претставува ризик за потопување на големите метрополи близу до бреговите на океаните (Токио, Њујорк, Венеција итн.) што претставува огромен економски и социјален проблем.

Видови обновливи извори на енергија

Целокупната енергија на Земјата примарно потекнува од три извори:

Сончевата енергија потекнува од зрачењето на Сонцето. Истото е резултат на термојадрена реакција во Сонцето кое се пренесува кон Земјата како цел спектар на електромагнетно зрачење;
Распад на изотопи на тешки елементи, јадрено цепење;
Движење на планетите - гравитациска енергија, која на Земјата се манифестира како енергија на плимата и осеката.

Сончева енергија во широка смисла, на Земјата директно се манифестира како:

сончева енергија, непосреден и најголем извор на енергија на Земјата. Таа постојано ја обновува енергијата на водните сили, ветрот, брановите, топлотниот градиент во океаните и биоенергијата преку фотосинтеза.

Сончевата енергија е присутна и индиректно, преку повеќе видови енергија:

хидроенергија, под која обично се подразбира само енергијата на водотеците (т.е. енергијата на реките) бидејќи енергијата на ледниците и енергијата на морските струи во овој момент се неисплатливи и технички изискателни за користење. Енергијата на плимата и осеката не спаѓа во овој облик.
еолска енергија или енергија на ветрот потекнува од кинетичката енергија на воздушните маси;
енергија на брановите, обично се наведува засебно, иако оригинално потекнува од енергијата на ветрот;
топлотна енергија на хидросферата, т.е. топлината од морето потекнува од термалниот градиент во морињата и океаните;
енергија на биосферата или биолошка енергија, е енергија настаната со фотосинтеза, т.е. енергија на биомасата, биогасот и воопшто на биогоривата).

Енергијата на Сонцето исто така е акумулирана во фосилните горива во облик на хемиска енергија во остатоците од биомаси, во јаглените, тресетот, нафтата, природниот гас, шкрилците итн. Тие се необновливи извори на енергија.

Распад на изотопи (јадрено цепење), може да биде:

во внатрешноста на Земјата - се манифестира како геотермална енергија
вештачки предизвика - јадрена енергија во потесна смисла. Ова енергија суштински е необновлив извор на енергија, но според некои гледишта и тој може да се смета за обновлива.

Во 2017 година во светот околу 13% од потрошувачката на примарната енергија потекнува од обновливи извори ^[1] иако технолошките капацитети се значително поголеми ^[2].

Наспроти обновливите извори се необновливите извори на енергија. Тие би можеле да се дефинираат како извори за чии резерви се очекува да бидат исцрпени максимално за неколку стотини години, а чие обновување би траело повеќекратно подолго.

Извор на обновлива енергија во домаќинствата

Доколку се зборува за комерцијалните извори на енергија која се троши во домаќинствата, тогаш домаќинствата во Р Македонија трошат главно електрична енергија произведена преку хидротурбините на електро-централите на реките низ републиката, електрична енергија произведена во термоелектраната во Битола, како и одредена увезена електрична енергија. Сепак главната идеја на мојата проектна задача е да се задржам на конвенционалните самостојни обновливи извори на енергија во домаќинствата во Р Македонија поради што и ќе се задржам на таа тематика.

Земјата е еден голем резервоар на топлинска енергија, но најголем дел од таа енергија е скриена длабоко во неа. Заради тоа, изградбата на инсталациска технологија која овозможува искористување на оваа енергија чини многу.

Геотермалната енергија, поточно топлата вода и пареа која излегува на површината, или се наоѓа во горните слоеви на Земјината површина, може да се користи како извор на топлина за загревање на објекти, но исто така може да се користи и за производство на електрична енергија.

Енергијата од сончевото зрачење е најобилен, неисцрпен, бесплатен и обновлив изворн на енергија, која не ја загадува околината.Интензитетот на сончевото зрачење на површината на Земјата, зависи од времетраењето на светење на Сонцето во текот на денот и аголот на сончеви зраци кон хоризонталната рамнина. Уредите во кои се врши апсорбирање и трансформирање на сончевото зрачење во топлина, се нарекуваат сончеви колектори.

Сончевите колектори, во зависност од конструкцијата, може да се користат за добивање на топла вода за централно загревање, или за произвотство на електрична енергија. Сончевите фотоволтажни ќелии се многу поволен начин за производство на електрична енергија, бидејќи не користат системи за ладење, а со тоа не произведуваат емисија и бука.

Енергијата од ветерот може да се користи за добивање на механичка или електрична енергија. Во зависност од сезоната на годината, настанува промена на брзината и насоката на ветерот, бидејќи енергијата од ветерот директно зависи од енергијата на сонцето. Ветерната турбина претставува уред кој служи за трансформација на енергијата од ветерот во електрична енергија.

Искористување на геотермалната енергија во домаќинствата

Геотермалната енергија, поточно топлата вода и пареа која излегува на површината, или се наоѓа во горните слоеви на Земјината површина, може да се користи како извор на топлина за загревање на објекти, но исто така може да се користи и за производство на електрична енергија.

Изворите на геотермална вода со ниски температури најмногу се користат за загревање на поединечни станови за живеење. Исто така, геотермалните извори со недоволни температури се користат за лекување и рекреација.

Геотермалните води во Република Македонија (сл.8) се со недоволна температура, па поради таа причина не се користат за производство на електрична енергија. Во моментов, постојат 18 познати геотермални полиња, со повеќе од 50 геотермални извори. Вкупниот одлив изнесува 1000l/sсо температура од 20⁰C -78⁰C.

Според проценката на геотермалните ресурси во Р Македонија производството на енергија од геотермална енергија изнесува околу 210 GWh, а потенцијалот се проценува на околу 500 - 600 GWh. Домаќинства кои изградиле станови на геотермални подрачја во Р Македонија се во просек 2/3 енергетски независни поради тоа што амбиенталната температура е целосно контролирана со инсталација на топлинска пумпа, како и загревањето на вода во домаќинствата.

Ветерници во домаќинствата

Сончевото зрачење го одржува движењето на воздушните маси во рамки на Земјината атмосфера. Од вкупното сончево зрачење кое паѓа на надворешниот слој на атмосферата, приближно 2,5% или 1,4·1020 J/год. се користи за атмосферските движења. Ова води до теоретски вкупен потенцијал на ветерот од приближно 4,3·1015 W. Енергијата која се содржи во движечките воздушни маси, а која може да се претвори во механичка или електрична енергија со ветерни турбини е всушност, секундарна форма на сончева енергија.

Ветерот се создава како изедначувачко струење како резултат од различни температурни нивоа на површината на земјата, преку што се создаваат и разлики во притисокот на воздухот. Воздушните маси потоа се движат од места со повисок кон места со понизок притисок.

Ветерните електрани се градат како комплекс од повеќе поединечни ветерни турбини, кои енергијата ја даваат интегрално преку врска на ветерна електрана со електроенергетски систем. Скоро сите комерцијални ветерни турбини работат во дијапазон на брзини на ветрот од 4 m/s до 25 m/s, но брзината за која се постигнува инсталирана моќност на турбината е околу 12 m/s.

Со оглед да ветерот претставува изразито променлив ресурс кој не може да се усогласи, потребно е да се утврдат условите на погонски систем за претворување на енергијата на ветерот во електрична енергија. Општата шема за активноста на ветерната електрана е прикажана. Ветерната турбина која може да има една или повеќе лопатки, служи за трансформација на енергијата на ветерот во механичка енергија. Ако се земе предвид нивото на бучава и визуелниот ефект, верзијата со три лопатки претставува најчесто решение. Покрај тоа, динамиката на роторот со три крака е најлесно да се управува. Моментот на инерција на трокрак ротор спрема столбот не се менува во текот на вртење. Ова резултира со помали проблеми поради осцилациите отколку кај еднокраките и двокраките ротори. Во прилог на тоа е оптички помирно поради вртење при мала брзина. Околу 90% ветротурбини кои моментално се користат во светот имаат трокрак ротор.