Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии

Анализируется степень загрязнения окружающей среды при использовании возобновляемых источников энергии. Приведены рекомендации по уменьшению вредных факторов. Изложены основы эксергетического метода для оценки экологического фактора. Аналізується ступінь забруднення навколишнього середовища при вико...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Промышленная теплотехника
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Долинский, А.А., Батлук, В.Н., Драганов, Б.Х.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Schlagworte:	Нетрадиционная энергетика
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60521
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии / А.А. Долинский, В.Н. Батлук, Б.Х. Драганов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 90-96. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60521
record_format	dspace
spelling	Долинский, А.А. Батлук, В.Н. Драганов, Б.Х. 2014-04-15T20:57:17Z 2014-04-15T20:57:17Z 2010 Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии / А.А. Долинский, В.Н. Батлук, Б.Х. Драганов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 90-96. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60521 631.371:620.92(075) Анализируется степень загрязнения окружающей среды при использовании возобновляемых источников энергии. Приведены рекомендации по уменьшению вредных факторов. Изложены основы эксергетического метода для оценки экологического фактора. Аналізується ступінь забруднення навколишнього середовища при використанні поновлюваних джерел енергії. Приведені рекомендації по зменшенню шкідливих чинників. Викладено основи ексергетичного методу для оцінки екологічного чинника. The degree of contamination of environment is analysed at the use of renewable energy sources. Recommendations are given for diminishing of harmful factors. Bases of exergy method are presented for estimation of ecological factor. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Нетрадиционная энергетика Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии Analysis of the ecological factor at use of renewed energy sources Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
spellingShingle	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии Долинский, А.А. Батлук, В.Н. Драганов, Б.Х. Нетрадиционная энергетика
title_short	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
title_full	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
title_fullStr	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
title_full_unstemmed	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
title_sort	анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии
author	Долинский, А.А. Батлук, В.Н. Драганов, Б.Х.
author_facet	Долинский, А.А. Батлук, В.Н. Драганов, Б.Х.
topic	Нетрадиционная энергетика
topic_facet	Нетрадиционная энергетика
publishDate	2010
language	Russian
container_title	Промышленная теплотехника
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
format	Article
title_alt	Analysis of the ecological factor at use of renewed energy sources
description	Анализируется степень загрязнения окружающей среды при использовании возобновляемых источников энергии. Приведены рекомендации по уменьшению вредных факторов. Изложены основы эксергетического метода для оценки экологического фактора. Аналізується ступінь забруднення навколишнього середовища при використанні поновлюваних джерел енергії. Приведені рекомендації по зменшенню шкідливих чинників. Викладено основи ексергетичного методу для оцінки екологічного чинника. The degree of contamination of environment is analysed at the use of renewable energy sources. Recommendations are given for diminishing of harmful factors. Bases of exergy method are presented for estimation of ecological factor.
issn	0204-3602
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60521
citation_txt	Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии / А.А. Долинский, В.Н. Батлук, Б.Х. Драганов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 2. — С. 90-96. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT dolinskiiaa analizékologičeskogofaktorapriispolʹzovaniivozobnovlâemyhistočnikovénergii AT batlukvn analizékologičeskogofaktorapriispolʹzovaniivozobnovlâemyhistočnikovénergii AT draganovbh analizékologičeskogofaktorapriispolʹzovaniivozobnovlâemyhistočnikovénergii AT dolinskiiaa analysisoftheecologicalfactoratuseofrenewedenergysources AT batlukvn analysisoftheecologicalfactoratuseofrenewedenergysources AT draganovbh analysisoftheecologicalfactoratuseofrenewedenergysources
first_indexed	2025-11-26T12:37:26Z
last_indexed	2025-11-26T12:37:26Z
_version_	1850624006397362176
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №290 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА УДК 631.371:620.92(075) Долинский А.А.1, Батлук В.Н.2, Драганов Б.Х.3 1 Институт технической теплофизики НАН Украины 2 Национальный университет «Львовская Политехника» 3 Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Аналізується ступінь забруд- нення навколишнього середови- ща при використанні поновлю- ваних джерел енергії. Приведені рекомендації по зменшенню шкідливих чинників. Викладено основи ексергетичного методу для оцінки екологічного чинника. Анализируется степень за- грязнения окружающей среды при использовании возобновляемых источников энергии. Приведены ре- комендации по уменьшению вред- ных факторов. Изложены основы эксергетического метода для оценки экологического фактора. The degree of contamination of environment is analysed at the use of renewable energy sources. Recommendations are given for diminishing of harmful factors. Bases of exergy method are presented for estimation of ecological factor. E – эксергия; S – энтропия; τ – время; λ – степень дисконтирования. Индексы: D – деструкция эксергии; F – топлива; L – потери эксергии; P – продукт; λ – нормативный режим работы; гор – горячий; ср – среды; хол – охлаждаемый; э – срок службы системы. Энергетика играет решающую роль в раз- витии страны, ее экономики. С энергетикой в значительной степени связаны проблемы энер- госбережения и защиты окружающей среды. Экологический комплекс не только влияет на атмосферу и климат, но и сам испытывает зна- чительное воздействие со стороны природно- климатических факторов. В последние годы большое внимание уде- ляется возобновляемым и нетрадиционным источникам энергии. Основное преимущество возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – их неисчерпаемость и возможность эффектив- ного решения проблемы экологической защиты по сравнению с традиционными источниками энергии [1–3]. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в основном используют при сооружении ма- лых энергоэкономических комплексов (МЭК) систем тепло-, водо-, гелио- и электроснабже- ния. Во многом, энергетическая безопасность формируется на региональном уровне. Сте- пень обеспеченности собственными топливно- энергетическими ресурсами является одним из факторов энергетической безопасности. В этом отношении во многих районах страны суще- ственную роль могут сыграть ВИЭ, обеспечи- вающие энергетическую независимость. Одна из причин, ограничивающих исполь- зование возобновляемых источников энергии, заключается в нестабильности их работы. В первую очередь это относится к энергии сол- нечного излучения и к энергии ветра. Кроме того, им свойственна низкая плотность энер- гии. Использование тепловых аккумуляторов и теплонасосных установок эффективно решают эти технические вопросы. В нашей стране солнечная энергия обладает значительным потенциалом: общий потенциал эквивалентен 88,4·109 т у. т. /год; технический потенциал – 0,72·109 т у. т. /год; целесообраз- ный экономический потенциал – 0,9·106 т у. т. /год. Осредненная среднегодовая плотность ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 91 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА солнечной радиации на территории Украи- ны характеризуется следующими значения- ми: от 1070 кВт·ч/м2 в северной части до 1400 кВт·ч/м2 и выше в южных регионах стра- ны. Потенциал солнечной энергии в Украине является достаточно высоким для широкого внедрения как теплоэнергетического, так и фо- тоэнергетического оборудования практически во всех областях. Общий потенциал ветровой энергии в Украине эквивалентен 97,2·106 т у. т. /год, тех- нический потенциал – 10,8·106 т у. т. /год; це- лесообразный энергетический потенциал – 1,2·106 т у. т. /год. Потенциал геотермальной энергии в Украине характеризуется данными: общий – 50·106 т у. т. /год; технический– 30·106 т у. т. / год; целесообразный – 21·106 т у. т. /год. Перспективным считается и использование энергии биомассы. Сегодня биомасса – четвер- тое по значению топливо в мире, которое по- зволяет получать до 2 млрд. т у. т. энергии за год, что составляет приблизительно 14 % обще- го потребления первичных энергоносителей в мире. Использование методов биологической конверсии органических отходов с целью по- лучения газообразного или жидкого топлива в настоящее время также является весьма пер- спективным. Их переработка позволяет решить как энергетическую проблему, так и экологиче- скую. Активное использование ВИЭ позволяет существенно сократить выбросы вредных ве- ществ в атмосферу. Но эти источники энергии не являются полностью экологически чисты- ми. Негативное влияние ВИЭ на окружающую среду проявляется в широком спектре эколо- гических факторов. Факторы негативного их влияния на экосистемы энергоустановок могут быть представлены следующей классификаци- ей (рис. 1) [4]. Рис. 1. Классификация влияния установок на основе ВИЭ на окружающую среду. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №292 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Для повышения термического потенциа- ла гелиоустановок используют теплонасосные установки, в которых применяются различные виды хладоагентов, оказывающие вредное вли- яние на окружающую среду. При использова- нии солнечных преобразователей происходит затемнение значительных по площади участков земель, при этом изменяется локальный тепло- вой баланс почвы, ее температура. Солнечные электростанции используют значительно боль- шие площади земли и, как правило, плодород- ной. Энергоустановки, использующие ВИЭ, мо- гут существенно влиять на качество среды оби- тания. Из-за малой плотности энергетических потоков они, как правило, характеризуются большой землеемкостью. В табл. 1 для разных типов энергоустановок приведены данные по удельному производству электроэнергии в пе- ресчете на квадратный метр занимаемой пло- щади, а также площади, необходимой для вы- рабатывания 1 кВт·ч электроэнергии в год. Для сопоставления приведены также данные по производству электроэнергии на ТЭС и АЭС. Их анализ позволяет заключить, что для по- лучения 1 кВт·ч электроэнергии на солнечной электростанции требуется земельная площадь, превышающая в 200 раз площадь, необходи- мую для производства такого же количества электроэнергии с помощью ТЭС. № п/п Вид первичной энергии (энергоресурса) Вид установки Производство электроэнергии, кВт·ч/м2 Допустимая площадь, м2/кВт·ч 1 Ветровая энергия ВЭС 12 0,083 2 Солнечная энергия СЭС 30 0,033 3 Органические отходы БГУ 100 0,010 4 Органическое топливо ТЭС 6000 0,000167 5 Обогащенный уран АЭС 15000 0,000067 Табл. 1. В настоящее время наиболее полно изуче- но влияние ВЭУ и ВЭС на окружающую среду. К основным факторам экологического влияния ВЭУ и ВЭС следует отнести: • изъятие земельных ресурсов для строи- тельства ВЭС; • акустическое влияние; • электромагнитное влияние (препятствие теле- и радиосвязи); • оптическое влияние (уменьшение про- зрачности атмосферы); • влияние на орнитофауну (возникнове- ние препятствий для перелетных птиц) или на ихтиофауну (ухудшение среды обитания для рыб при морском или прибрежном размещении ВЭС); • возможные аварийные ситуации при экс- плуатации ВЭС (разрушение конструкции ве- тровой башни, поломки и отлет поврежденных частей ветрового колеса, отлет кусочков льда, образующихся на лопастях ветрового колеса в зимнее время года); • ухудшение местного ландшафта. Факторы, влияющие на природную среду, и основные мероприятия по их снижению приве- дены в табл. 2. Рассмотрим некоторые из них более детально. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 93 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА № п/п Факторы влияния ВЭС на окружающую среду Методы снижения степени влияния 1 Изъятие земельных ресурсов, изменение свойств земельного слоя Размещение ВЭУ на территориях, которая не используется. Оптимизация размещения (минимизация площади отчужденной земли). Научно-обоснованный учет изменений свойств земного слоя и компенсационные расчеты с землепользователем. 2 Акустическое влияние (шумовые эффекты) Смена числа оборотов ветрового колеса (ВК). Смена формы лопасти ВК. Отдаление ВЭУ от объектов социальной инфраструктуры. Усовершенствование конструкций и смена материалов лопастей ВК. 3 Влияние на ландшафт Учет особенностей ландшафта при размещении ВЭУ Рекреационное использование ВЭУ. Применение более оптимальных и совершенных опорных конструкций ВЭУ. 4 Электромагнитное излучение, помехи приему теле- и радио- передач Сооружение дополнительных ретрансляторов. Поиск более совершенных материалов для лопастей ВК. Внедрение специальной аппаратуры в конструкцию ВЭУ. Размещение ВЭУ вдали от коммуникаций. 5 Влияние на орнитофауну на трасcах перелета птиц и морскую фауну в морских акваториях Анализ возможных препятствий для птиц на трасах их перелета, а также для рыб на путях их миграции. Разработка мероприятий по снижению негативного влия- ния. 6 Аварийные ситуации, опасность поломок и отлета частей ВК Расчет возможности поломки ветрового колеса, траектории и дальности отлета. Оценка надежности безаварийной работы ВЭУ. Зонирование производства вокруг ВЭУ 7 Факторы, которые улучшают экологическую ситуацию Уменьшение силы ветра. Уменьшение ветровой эрозии земли. Уменьшение ветров с акватории водоема и водохранилища. Табл. 2 Наиболее важным фактором влияния ВЭС на окружающую среду является акустическое влияние. За рубежом проведено достаточное количество опытов и натурных исследований, направленных на изучение уровня и частоты шума, создаваемых ВЭС с различными ветро- выми колесами, отличающихся материалами и конструктивными особенностями колес, вы- сотой расположения их над землей, различных скоростях и направлениях ветра, различных ти- пов грунтов и способов крепления агрегатов. Отдаление ВЭУ на большее расстояние от населенных пунктов и мест отдыха позволяет разрешить проблему шумового эффекта для людей. Однако шум оказывает влияние на фау- ну, в том числе и на морскую, при расположе- нии ВЭС в морских акваториях. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №294 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Следует заметить, что ряд видных совре- менных специалистов (Lеаn J.L., Shее1еу N.R., Wаng Y.М. и др. [4]) не придерживаются мне- ния, что Землю в перспективе ждет существен- ное потепление, обусловленное возрастающи- ми выбросами в атмосферу трехатомных газов и, в первую очередь, углекислого газа. Они счи- тают, что климат на Земле в основном опреде- ляется цикличной интенсивностью излучения Солнца. Американский астрофизик Д. Эдди в 1976 г. установил наличие корреляции между четко установленными периодами значительных из- менений пятен на поверхности Солнца и глубо- ким изменением климата Земли в течение про- шлых тысячелетий [4]. Российский астрофизик Е. Борисенко [5] в 1988 г. определил, что из 18 глубоких минимумов активности Солнца с двухсотлетним периодом в течение последних 7500 лет наблюдались периоды глубокого по- холодания, а в периоды высоких максимумов солнечной активности – глубокого потепления. Можно сделать вывод, что не 11-летние, а двух- вековые циклы солнечных вариаций служат до- минирующим фактором изменения климата. По данным исследований, углекислый газ СО2 и водяной пар Н2О поглощают, примерно, 63 % всего теплового излучения с поверхности Земли. Из них, примерно, 51 % приходится на водяной пар и около 12 % на углекислый газ – меньше половины того, что поглощает водяной пар, который тоже оказывает влияние на "пар- никовый" эффект. Это объясняется тем, что в диапазоне длин волн 4,7…12,8 мкм (инфракрасное излучение) углекислый газ практически не поглощает те- плоту. По мнению ряда видных специалистов на- блюдаемое в настоящее время потепление кли- мата Земли обусловлено не антропогенными выбросами "парниковых" газов, а, в первую очередь, существенной интенсивностью сол- нечного излучения в течение всего прошлого столетия. Имеются основания считать, что на- чался очередной цикл снижения глобальной температуры, максимум которого достигнет в 2055…2060 (±11) годах, когда среднегодовая температура снизится на 1,0…1,5 °С. Этот кли- матический минимум продлится 45…65 лет, после чего наступит очередное потепление (рис. 2) [4]. Существенное влияние на изменение кли- мата оказывает мировой океан, служащий хранилищем углекислоты. Увеличение темпе- ратуры окружающей среды вследствие антро- погенного фактора приводит к росту выбросов в атмосферу углекислоты, растворенной в оке- ане. Рис. 2. Прогноз сценария глубокого похолодания климата к середине XXI века. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №2 95 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА На закономерности изменения климата, в том числе на температурное поле атмосферы, оказывает влияние комплекс, в общем случае взаимосвязанных, факторов: все возрастающие антропогенные выбросы; циклические, в осо- бенности, двухсотлетние изменения активности солнечного излучения; мировой океан, служа- щий не только мощным теплоаккумулятором, но также оказывающим, в той или иной степе- ни, влияние на поступление СО2 в атмосферу. К проблеме "парникового эффекта" в связи с непрерывным развитием технического потен- циала нельзя подходить односторонне. Следу- ет предполагать, что глобальная в настоящее время проблема – защита окружающей среды найдет разумное решение. Использование воз- обновляемых источников энергии может до не- которой степени оказать положительное влия- ние на регулирование "парникового эффекта". Проанализируем экологический аспект в контексте энергопреобразующих систем, осно- вываясь на эксергетическом методе анализа. С точки зрения эксергии экологический фактор – это работа, выполняемая системой над окру- жающей средой. В концепции эксергетической оптимизации приняты следующие обозначения [6]. Эксергия всех потоков, поступающих в рассматривае- мый элемент системы или в систему в целом, включая систему энергетического потока (на- пример, солнечного излучения), принято назы- вать эксергией топлива ЕF. Эксергию всех пото- ков, выходящих из рассматриваемого элемента (системы), включая эксергию энергетического потока, произведенного в данном элементе (си- стемы) называют эксергией продукта ЕР. При этом эксергетический баланс для си- стемы записывается следующим образом: ЕF = EP +ED +EL , (1) где ED и EL, соответственно, – деструкция и по- тери эксергии. В данном случае будем иметь [ ] 0 exp( ) 1 exp( ) ( ) 1 exp э э F F F э F э э E E d E E τ λ λ   τ τ = −λτ τ ≈ − −λτ = τ −  τ τ   ∫ где τλ – нормативное время дисконтирования, обратное степени дисконтирования λ; τэ – полный срок службы системы. В термоэкономике величина λ может изме- няться как в сторону уменьшения (истощение естественных ресурсов), так и в сторону увели- чения (появление новых ресурсов) [7]. С позиции термоэкологии изменение λ сле- дующее: • λ уменьшается всегда при использова- нии традиционных и невозобновляемых источ- ников энергии, так как естественные ресурсы являются исчерпаемыми; • λ увеличивается при использовании возобновляемых источников энергии. В соответствии с принципами эксергоэко- номической оптимизации, [6, 8] можно при- нять, что потери вследствие экологического фактора пропорциональны потокам эксергии на выходе из системы. Выше рассматриваемый процесс можно анализировать с позиции внешней необратимо- сти системы [9]: ΔSср + ΔSхол + ΔSгор = ΣΔS , (3) где ΔSср – увеличение энтропии окружающей среды, как результат подвода теплоты, ΔSхол – уменьшение энтропии охлаждаемого элемента системы; ΔSгор – уменьшение энтропии грею- щего элемента; ΔS – суммарное изменение эн- тропии соответственно температурному уров- ню, при котором происходит процесс. Степень экологического фактора опреде- ляется двумя показателями: тепловой поток в окружающую среду ΔSгор, который в уравне- нии (3) является определяющим, и выбросы СО2, которые могут быть оценены по соответ- ствующему тепловому эквиваленту. Выводы 1. Использование возобновляемых источ- ников энергии приводит к заметному улучше- , (2) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №296 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА нию экологических показателей энергопотре- бляющей системы. Приведены рекомендации по уменьшению отрицательного экологическо- го воздействия энергосистем, работающих на возобновляемых источниках энергии. 2. Большую роль на состояние климата ока- зывают циклические (11-ти и 200-летние) ва- риации интенсивности солнечного излучения. При анализе климатических изменений следует исходить из комплекса взаимосвязанных фак- торов: антропогенных выбросов, циклических периодов, в особенности 200-летних, измене- ния интенсивности солнечного излучения, вли- яния мирового океана на изменение климата. 3. Метод эксергоэкономического анализа позволяет дать оценку экологическому фактору рассматриваемой энергетической системы. ЛИТЕРАТУРА 1. Бекаев Л.С., Марченко О.В., Пинегин С.П. и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. – Новосибирск: Наука, 2000. 2. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энер- гетики. – М.: Мин-во топлива и энергетики, 1994. – 121 с. 3. Рекомендации по определению климати- ческих характеристик ветроэнергетических ре- сурсов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 80 с. 4. Ресурсы и эффективность использова- ния возобновляемых источников энергии в Рос- сии / Под общей ред. П.П. Безруких. – Санкт- Петербург: Наука, 2002. – 314 с. 5. Економія теплоенергетичних ресурсів. В кн. Б.Х. Драганов, А.А. Долінський, А.В. Міщенко, Є.М. Письменний (за ред. Б.Х. Драга- нова). Теплотехніка: Підручник. – К.: "ІНКОС", 2005. – 504 с. – С. 419-489. 6. Тсатсаронис Дж. Взаимодействие тер- модинамики и экономики для минимизации стоимости энергопреобразующей системы (на- учн. ред. и перев. с англ. проф. Т.В. Морозюк). – Одесса: ООО "Студия Негоциант", 2002. – 151 с. 7. Морозюк Т.В. Модель выбора теплового насоса в составе энергетичес-кой установки // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 1999. – № 3. – С. 30-32. 8. Долинский А.А. К вопросу эксергоэконо- мической оптимизации энергетических систем // Пром. теплотехника. – 2009. – Т. 31 – № 4. – С. 105-108. 9. Пригожин И. От возникающего к суще- ствующему. – М.: Наука, 1985. – 327 с. Получено 04.02.2010 г.

Анализ экологического фактора при использовании возобновляемых источников энергии

Institution

Ähnliche Einträge