Saulės energijos ir jos naudojimo tyrimai
Mokslo programos Saulės ir kiti atsinaujinantys
energijos šaltiniai žemės ūkiui vadovas
 Saulelė vakarop Tačiau Lietuvos nacionalinė saulės programa tik prasideda |
Saulės energija - ateities energijos šaltinisŠiuo metu tradicinėje energetikoje pagrindiniai pirminės energijos šaltiniai yra iškasamas organinis ir branduolinis kuras.
Tačiau pasaulyje vis labiau ryškėja tokio kuro naudojimo pasekmės:
1) didėja aplinkos užterštumas; Angliarūgštės, sieros junginių, azoto oksidų, angliavandenilių, kietų dalelių sklaida lydi organinio kuro deginimą, o branduolinį kurą - radioaktyvios atliekos. Daugelio pasaulio valstybių atstovai, siekdami |
Šiuo metu aštuoniose šalyse yra 81 proc. pasaulio naftos išteklių, šešiose - 70 proc. pasaulio gamtinių dujų ir aštuoniose - 89 proc. akmens anglies resursų.
Žinomų energetinių žaliavų išteklių ir gamybos santykis 1992 m. buvo:
1) naftos: Vakarų Europoje - 10, Šiaurės Amerikoje - 25, Vidurio Rytuose - 100 metų;
2) dujų: Rusijoje ir OPEC šalyse - 65 metai;
3) akmens anglies: pasaulyje - 200 metų.
Iškasamų energetinių išteklių kainos lėtai, bet nuolatos kyla. Be to, galimas tradicinės energetikos kainų šuolis, jei bus įvertintos išorinės išlaidos siekiant kompensuoti daromą įtaką aplinkai, žmonių sveikatai, žemės ir miškų ūkiui, žuvininkystės statinių susidėvėjimui.
Pagal Lietuvos energetikos instituto tyrimų duomenis, akmens anglies deginimo Lietuvoje žala dėl aplinkos teršimo CO, SO2, NOx, CmHn, kietomis dalelėmis (nevertinant žalos dėl CO2 sklaidos) sudaro net 1144 Lt/ t a.e.
Tenka pažymėti, kad nėra energijos šaltinių, kurie visiškai neveiktų aplinkos. Tačiau atsinaujinančių energijos šaltinių neigiama įtaka aplinkai yra gerokai mažesnė, negu naudojant iškasamą organinį kurą. Pavyzdžiui, gaminant elektros energiją hidroelektrinėse, vėjo ar fotoelektrinėse jėgainėse bendroji kenksmingų medžiagų sklaida yra 112-140 kartų mažesnė negu elektrinėse, naudojančiose netgi tokį švarų kurą, kaip gamtinės dujos. Biomasė yra apie 80 kartų švaresnis kuras negu akmens anglis.
Minėtos aplinkybės verčia atkreipti dėmesį į atsinaujinančius energijos šaltinius.
Pirminė atsinaujinanti energija atsiranda vykstant procesams Saulėje, Žemės gelmėse bei esant gravitacinei Saulės, Žemės ir Mėnulio sąveikai. Taigi yra trys pirminiai atsinaujinančios energijos šaltiniai: Saulės energija, geoterminė energija (naudojama geoterminėse jėgainėse) ir gravitacinė energija (naudojama potvynių - atoslūgių elektrinėse).
Energetiniu požiūriu reikšmingiausia yra Saulės energija.
Saulės spinduliuotės galia, pasiekianti Žemę, sudaro apie 173000 TW. Ji apie 13 tūkstančių kartų viršija kasmetinę žmonijos sunaudojamos energijos ekvivalentinę galią ir yra apie 160 kartų didesnė už visus žinomus iškasamojo kuro resursus.
47 proc. Žemę pasiekiančios Saulės energijos tenka orui, žemei ir vandenynams šildyti, apie 23 proc. sunaudojama hidrologiniam ciklui (garinimui ir krituliams), apie 1 proc. tenka fotosintezės procesams ir 1 proc. - konvekciniams procesams (vėjui, bangoms, srovėms). Apie 30 proc. Saulės energijos atsispindi nuo Žemės į kosminę erdvę.
Saulės energija konvertuojama į naudojamąją tiesiogiai, netiesiogiai (per kitas energijos formas) ir fotosintezės procese. Saulės energijos naudojimas energetinėms reikmėms apima labai platų galimybių spektrą nuo konversijos į šiluminę energiją, elektros energiją, degalus mobiliai technikai iki tokio švaraus kuro kaip vandenilis.
Atsinaujinančios energijos naudojimas Vakarų Europoje ir Lietuvoje
Didelis dėmesys atsinaujinantiems energijos šaltiniams skiriamas Europos Sąjungos šalyse. 1995 m. ES buvo 2500 MW suminės galios vėjo jėgainių, 9500 MW mažųjų hidroelektrinių, 30 MW fotoelektrinių įrenginių, 6,5 mln. kv. metrų saulės kolektorių ir sunaudojama energetiniams reikalams 44,8 Mtne biomasės. 1997 m. Europos Komisija sudarė Baltąją knygą Ateities energija: atsinaujinantys energijos šaltiniai, kurioje numatyta strategija ir veiksmų planas iki 2010 m. Pagrindinis strateginis tikslas - pasiekti, kad atsinaujinančių šaltinių energijos sunaudojimas sudarytų 12 proc. bendro vidinio ES energijos suvartojimo. Veiksmų plane numatoma pasiekti šias įvairių atsinaujinančių šaltinių energijos naudojimo apimtis: vėjo - 40 GW, hidroenergijos - 105 GW (iš jų mažos HE - 14 GW); fotoelektros - 3 GWp; biomasės - 135 Mtne; saulės kolektorių - 100 mln. kv. metrų, saulės pasyviųjų šildymo sistemų - 35 Mtne. Nors šio plano įgyvendinimas pareikalaus 74 milijardų ECU investicijų, o tai sudaro 30 proc. investicijų į energetikos sektorių, tačiau leis sukurti 500-900 tūkst. naujų darbo vietų, sumažinti kuro importą 17,4 proc. (šiuo metu ES importuoja 50 proc. energijos), o 402 mln. t per metus sumažinti angliarūgštės sklaidą.
Kaip pažymima minėtame ES dokumente, šio plano įgyvendinimas ne tik mažina aplinkos taršą ir didina energijos tiekimo patikimumą, bet ir leidžia sukurti naujas darbo vietas, ypač mažose ir vidutinėse įmonėse, be to, skatinamas kaimiškųjų regionų ekonominis vystymasis, individualūs, nedideli projektai lengvai finansuojami, yra didelė ir besiplečianti pasaulinė rinka šioms technologijoms.
Visos ES valstybės priima atsinaujinančios energijos programas.
ES parlamentas nuolat pabrėžia atsinaujinančių energijos šaltinių reikšmę. Vakarų Europos šalyse skiriama daug dėmesio atsinaujinančios energijos technologijoms tirti ir vystyti, ypatingą dėmesį sutelkiant į atsinaujinančios energijos konkurentabilumo didinimą. Nors atsinaujinančios energijos šaltiniai iki XIX a. buvo tradiciniai, tačiau šiuo metu jie vystomi šiuolaikinių aukšto lygio technologijų pagrindu. Mokslinio tyrimo, technologijų kūrimo ir demonstravimo reikalams atsinaujinančios energijos srityje skiriama daug lėšų. Ketvirtoji tinklinė tyrimo, technologijų kūrimo ir demonstravimo programa ir ypač Saulės energijos panaudojimo būdai nebranduolinės energijos programa prioritetus teikia atsinaujinančiai energijai, tam skiriamat net 45 proc. programos biudžeto.
Daug lėšų atsinaujinančius energijos šaltinius tirti, kurti ir naudoti skiria kai kurių Vakarų Europos valstybių vyriausybės. Pavyzdžiui, Vokietijoje pagal federalinę mokslinių tyrimų rėmimo programą 1996-2000 m. alternatyvių energotechnologijų tyrimams skiriama 23 proc. biudžeto asignavimų mokslui.
Šiuo metu Lietuvoje pagrindiniai pirminiai energijos šaltiniai yra importuotas organinis ir branduolinis kuras. Lietuva importuoja apie 93 proc. reikiamų pirminių energijos išteklių.
Atsinaujinanti energija pirminės energijos balanse Lietuvoje šiuo metu sudaro tik 5-6 proc. Tai iš esmės yra malkos ir Kauno HE pagaminta energija.
Nors Nacionalinėje energijos vartojimo efektyvumo didinimo programoje siektinas atsinaujinančios energijos indėlis sudaro 12,2 proc. pirminių energijos išteklių, tačiau joje šis rodiklis yra deklaratyvaus pobūdžio, nenumatant tyrimo, technologijų kūrimo, taikymo darbų, įstatyminės teisinės bazės kūrimo ir finansavimo šaltinių.
Minėtoje ES Baltojoje knygoje akcentuojamas asignavimų padidinimas atsinaujinančios energijos šaltinių tyrimo, technologijų vystymo ir demonstravimo tikslams ypatingą dėmesį skiriant technologijų tyrimo ir vystymo planams, kuriais siekiama sukurti naujus būdus ir procesus, pritaikytus vietiniams ir regioniniams poreikiams.
Atsinaujinančių energijos šaltinių ypatybės
Atsinaujinančių šaltinių energetikoje uždavinių sprendimo metodai iš esmės skiriasi, lyginant su tradicine šilumine ir atomine energetika.
Atsinaujinantys energijos šaltiniai yra decentralizuoti ir palyginti nedidelės galios, juos žymiai greičiau galima suprojektuoti ir įrengti, sumažėja transporto ir energijos perdavimo išlaidos. Kai kurie atsinaujinančios energijos šaltiniai dera prie susidariusios centralizuotos energetikos infrastruktūros (pavyzdžiui, mažosios HE), tačiau kai kurie šaltiniai efektyvūs tik kaip autonominiai decentralizuoti įrenginiai (pavyzdžiui, saulės šildymo ir mažo energetinio tankio biomasę naudojantys įrenginiai).
Dėl šių šaltinių specifikos ir įvairiapusės įtakos šalių vystymuisi daugelyje Vakarų Europos šalių (Vokietijoje, Prancūzijoje, Didžiojoje Britanijoje ir kt.) įsteigtos atskiros atsinaujinančių energijos šaltinių agentūros, kurios finansuoja ir koordinuoja šios srities veiklą.
Kodėl daugeliui atsinaujinančios energijos šaltinių, ypač jų platesnio naudojimo pradžioje, reikia paramos? Yra dvi priežastys. Nors kai kurie atsinaujinantys energijos šaltiniai jau šiuo metu yra konkurentiški, tačiau dalis jų gali konkuruoti su tradiciniais, jei įvertinama žala aplinkai ir žmonėms. Be to, atsinaujinanti energija mažai žinoma, todėl investuotojai, energijos vartotojai, įstatymų leidimo ir vykdymo institucijos, neturėdami objektyvios informacijos, šių energijos šaltinių vengia. Žemės ūkyje energijos vartotojai decentralizuoti ir reikalauja nedidelės galios. Todėl palankios sąlygos naudoti atsinaujinančius energijos šaltinius, kadangi jų energetinis tankis yra nedidelis. Atsinaujinantys energijos šaltiniai sudaro galimybes kaime plačiai naudoti modernias decentralizuoto energijos tiekimo technologijas, nes tuo atveju nereikalingi brangūs energijos paskirstymo tinklai ir nenuostolinga perduoti energiją. Ir ES pirmenybė teikiama atsinaujinančios energijos gamybos projektams, skirtiems kaimui. Čia akcentuojama ne tik energetinė ar aplinkosaugos, bet ir socialinė tokių projektų reikmė, nes atsinaujinančios energijos naudojimas svarbus ir kaimiškųjų regionų vystymui bei darbo vietų kūrimui. Reikia pažymėti, kad šiuo metu Lietuvos kaime gyvena apie 32 proc. gyventojų.