Atsinaujinantys energijos šaltiniai bei jų naudojimo perspektyvos Lietuvoje

ĮVADAS Daug dešimtmečių pagrindinis pasaulio energijos šaltinis buvo iškastinės žaliavos. Tačiau susirūpinus senkančiomis šių žaliavų atsargomis žemėje, o ir, ne paslaptis, naudojant šias žaliavas teršiama atmosfera ir sukeliami kenksmingi reiškiniai.Imta vis daugiau kalbėti apie atsinaujinančių energetinių šaltinių naudojimo perspektyvas. Atsinaujinančiųjų šaltinių resursai ne tik yra neišsenkami, bet svarbiausia, jų naudojimas neteršia aplinkos ir yra nekenksmingas. Lietuvoje šiuo metu taip pat daug dėmesio skiriama atsinaujinančių energetinių šaltinių naudojimui. Elektros energijai gaminti rengiamos saulės, vėjo, hidroelektrinės. Krosnys kurenamos malkomis, šiaudais. Ateityje žadama visai sumažinti ar net visiškai atsisakyti iškastinio kuro naudojimo energijos gamybai. Taip bus ne tik užtikrinta atmosferos apsauga ir išvengta globalinių problemų, bet ir energijos gavyba turėtų būti pigesnė. Šiuo metu iš atsinaujinančių energijos išteklių Lietuvoje išgaunama maždaug 3,3% elektros energijos. Šiame darbe aprašoma Lietuvos Nacionalinės saulės programos esmė, apžvelgiami atsinaujinančios energetikos šaltiniai, tokie kaip saulė, vėjas ir vanduo. Nagrinėjamos vandenilio technologijos, jų naudojimo perspektyvos. Trumpai pateikiami moksliniai tyrimai atlikti užsienio ar Lietuvos mokslininkų ir susiję su atsinaujinančia energetika. Analizuojamos vėjo mikroelektrinių, saulės kolektorių ir fotoelktrinių modulių įrengimo ir gamybos technologijos. Šio darbo tikslas – išanalizuoti atsinaujinančiųjų energetikos šaltinių naudojimo perspektyvas Lietuvoje. Siekiant įgyvendinti užsibrėžtą tikslą, yra išsikeliami sekantys uždaviniai: 1. Apžvelgti Lietuvos Nacionalinę saulės programą; 2. Išanalizuoti saulės, vėjo ir vandens panaudojimo alternatyviajai energijai gauti perspektyvas ir galimybes; 3. Išnagrinėti vandenilio technologijų esmę ir naudojimo galimybes; 4. Apžvelgti mokslinius tyrimus, susijusius su atsinaujinančia energetika; 5. Remiantis informacijos šaltiniais aprašyti vėjo mikroelektrinės įrengimo, saulės kolektorių ir fotoelektrinių modulių gamybos technologijas; 6. Darbo pabaigoje pateikti išvadas. Darbą sudaro šios pagrindinės dalys: Įvadas; Teorinė dalis; Išvados. 1. LIETUVOS NACIONALINĖ SAULĖS PROGRAMA Pasaulio saulės programa buvo priimta 1997 m. pasaulio saulės viršūnių pasitarimo metu. Pasaulio saulės programoje akcentuojama, kad labai svarbu mažinti iškastinio kuro naudojimą ir plėsti atsinaujinančių elektros energijos šaltinių naudojimą. Nes atsinaujinanti energija gali sumažinti aplinkos teršimą, šiltnamio efektą. „ Lietuvos nacionalinė saulės programa 2000-2005, kaip būsima Pasaulio saulės programos sudėtinė dalis, apima visus Lietuvai aktualius atsinaujinančios energijos šaltinius, visas su problema susijusias veiklos rūšis. Ruošiant programą vadovautasi ir Europos Sąjungos Baltosios Knygos nuostatomis, kaip bus plėtojama atsinaujinanti energija ES valstybėse narėse iki 2010 m.“ (www.ims.pfi.lt). Lietuva beveik neturi iškastinių energijos šaltinių ir visus juos importuoja. O naudojant iškastinius energijos šaltinius į aplinką išmetami teršalai. Tačiau ji turi didelius atsinaujinančios energijos išteklius, tokius kaip saulės, vėjo, vandens, geoterminės energijos. „Lietuvoje atsinaujinanti energija plėtojama pagal Nacionalinę energijos vartojimo efektyvumo programą, kuri įgyvendinama nuo 1992m. pagal Lietuvos Respublikos Vyriausybės patvirtintas prioritetines kryptis, iš kurių viena yra vietinių energijos išteklių - biomasės ir kitų atsinaujinančių energijos šaltinių - hidroenergijos, geoterminės energijos, iš dalies - vėjo bei saulės energijos panaudojimas.  Lietuvos Nacionalinės UNESCO komisijos ir Mokslininkų sąjungos instituto iniciatyva, kurią parėmė UNESCO, vykdoma "Dalyvavimo programa 1998-1999", kurios tikslas - paruošti LIETUVOS NACIONALINĘ SAULĖS PROGRAMĄ 2000-2005 ir ją įjungti į PASAULIO SAULĖS PROGRAMĄ 1996-2005.“ (www.ims.pfi.lt). Lietuvos nacionalinė saulės programa tampa Lietuvos nacionaline atsinaujinančios energijos programa, kuri apima saulės, biomasės, vėjo, vandens bei geoterminę energiją. Pagrindinis šios programos tikslas – turimo mokslo, technologijų, gamybinio bei energetinio potencialo Lietuvoje tolesnė plėtra.“ (www.ims.pfi.lt). Sudarant programą pirmenybė teikiama toms mokslo tyrimų, technologijų ir gamybos sritims, kurios Lietuvoje yra aukšto lygio arba susietos su Lietuvos ekonomine, gamtosaugine, ūkio specifika, arba tiems objektams kurie ateityje gali tapti eksporto objektais. Šioje programoje numatoma įrengti apie 0,1MW vėjo jėgainių, 8 MW mažųjų hidroelektrinių, 0,05MW fotoelektros jėgainių, per 600MW biomasės jėgainių ir 1000m2 saulės kolektorių. Lietuvos nacionalinėje saulės programoje numatyti tokie veiklos prioritetai: • Mokslo, technologijų, gamybos plėtra; • demonstracinių jėgainių įrengimas; • švietimas ir mokymas atsinaujinančių energijos šaltinių srityje; • nacionalinės atsinaujinančios energijos informacinės komunikacinės sistemos sukūrimas ir jos įjungimas į tarptautinę sistemą; • atsinaujinančios energijos teisinis įgyvendinimas. 2. ATSINAUJINANTI IR ALTERNATYVIOJI ENERGIJA 2.1 SAULĖS ENERGIJA Saulės energija yra atsinaujinantis energijos šaltinis. Lietuvos teritorija apima 65 200 km2 plotą. „Įvairiose Lietuvos vietovėse per metus į horizontalaus paviršiaus kvadratinį metrą patenka nuo 926 kWh/m2 metus iki 1042 kWh/m2 metus saulės spindulinės energijos.“ (www.aet.ktu.lt). Jau dabar pasaulyje yra sukurta daug būdų saulės spindulinei energijai naudoti. „Saulės energija jau naudojama vandeniui šildyti, elektros energijai gaminti tiesiogiai verčiant saulės spindulinę energiją į elektrą, pastatams šildyti ir orui juose kondicionuoti, valgiui gaminti, orui pašildyti ir juo džiovinti įvairią produkciją, jūros vandeniui gėlinti, gaminti garą ir kitus.“ (V. Adomavičius, P. Balčiūnas, 2003, p. 24). Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama elektros energijai gauti. Tačiau čia jos daug pagaminti neįmanoma, galima ją maišyti su kitais energijos gavimo prietaisais. Vidutiniškai Lietuvoje ši krintanti energija sudaro ~1000 kWh/m2 metus. Esant saulės elementų efektyvumui 15%, iš jėgainių, įrengtų ant stogų, galima gauti 2,25.1010 kWh/metus. Saulės spindulinė energija kinta priklausomai nuo metų, paros laiko ir meteorologinių sąlygų. Gruodžio ir sausio mėnesiais ploto vienetui gaunama apie 10 – 15 kartų mažiau saulės energijos, negu birželio ir liepos mėnesiais. Diagrama Nr. 1 Saulės mikroelektrinės pagaminamos energijos kiekis priklausomai nuo metų laiko. Fotoelektrinė saulės energija, kaip vienintelis nuolatinis energijos šaltinis gali būti panaudojama tik turint galimybę ją akumuliuoti, tokiu būdu perdengiant energijos nepakankamumą, sukeltą sezoninių, paros ir meteorologinių kitimų. Saulės energija renkama ir konvertuojama saulės elektrinėse. Saulės elektrinės gali būti autonominės, kurios pagaminta energija naudojama tiktai sodybos, ūkio, salos ar kito atskiro objekto vietiniame elektros tinkle, arba integruotosios (įjungtos) į energetikos sistemos elektros tinklą. Autonominės saulės elektrinės struktūra pateikta schemoje Nr. 1. Schema Nr. 1 Autonominės saulės mikroelektrinės struktūra Autonominė saulės elektrinė turi turėti fotoelektrinius modulius, kurie šioje schemoje pažymėti FEM1-FEM6. Be to, saulės elektrinė dažniausiai turi elektros energijos kaupiklį, kurio funkciją dažniausiai atlieka specialūs reikiamos įkrovos talpos akumuliatoriai. Jame elektros energija sukaupiama tam atvejui, kai nešviečia arba silpnai šviečia saulė. Jeigu yra akumuliatorių baterija, norint efektyviai išnaudoti fotoelektrinius modulius ir tinkamai eksploatuoti tą bateriją reikalingas ir akumuliatorių įkroviklis. Inverteris reikalingas, jeigu reikia turėti ne tik nuolatinės, bet ir kintamosios srovės elektros energiją. Jei elektrinės galia didesnė, naudojama įvadinė spintelė, kurioje gali būti sumontuoti apsaugos aparatai ir elektros energija paskirstoma imtuvams. Paveikslas Nr. 1 Saulės mikroelektrinės ant pastatų stogų 2.2 VĖJO ENERGIJA Vėjo energija plačiai naudojama Vakarų Europos šalyse elektros energijai gaminti. Ši energijos rūšis nevadinama atsinaujinančia, bet vadinama alternatyviąja. Vėjo energijai išgauti naudojami paviršiniai vėjai.  Šio rūšies energijos išteklių panaudojimo galimybės įvairiose šalyse yra specifinės. Tai priklauso nuo gamtinių sąlygų, regiono energetikos infrastruktūros išvystymo laipsnio, visuomenės poreikio energijos ištekliams ir eilės kitų faktorių. Vienas iš pagrindinių vėjo parametrų yra jo greitis. Lietuvoje vidutinis vėjo greitis žiemą yra ženkliai didesnis negu vasarą. Skirtingai nei saulės elektrinės, vėjo elektrinės Lietuvoje birželio ar liepos mėnesiais pagamintų 3 – 4 kartus mažiau energijos nei gruodžio ar sausio mėnesiais. Atliktais tyrimais įrodyta, kad Lietuvoje vėjo energijos panaudojimas yra įmanomas ir ekonomiškai pasiteisintų. Šiuolaikinės vėjo elektrinės naudoja labai plačių greičio ribų vėją. Kai kurių tipų vėjo elektrinės įsijungia ir pradeda generuoti jau pučiant 1 – 2 m/s greičio vėjui. Vėjo jėgainės vieta parenkama atlikus ilgalaikius stebėjimus ir tyrimus. Tik taip bus tinkamai parinkti vėjo jėgainių agregatai, sudarytas jėgainių darbo grafikas, prognozuojamas energijos išdirbis, nustatomi ekonominiai rodikliai. Taip pat toje vietovėje reikia ištyrinėti vėjo parametrų kitimą, gūsių susidarymą, vėjo greičio profilius. Įvertinti vietovės paviršiaus šiurkštumą, užstatymo laipsnį, vėjo srautų susidarymą už gamtinių ir urbanistinių kliūčių. Šiuolaikinėse vėjo jėgainėse vėjo energija yra verčiama į elektros energiją, kuri naudojama žmogaus reikmėms buityje, o energijos perteklius parduodamas į tinklą. Vėjo energijos jėgainės pavaizduotos paveiksle Nr. 2       Paveikslas Nr. 2 Vėjo energijos jėgainės. 2.3 HIDROENERGIJA Hidroenergijos naudojimo formos labai įvairios: tekančios vandens srauto, jūrų potvynių ir vandenynų bangų energija. „Ši atsinaujinančiosios energijos rūšis naudojama jau labai senai įvairiose žmogaus veiklos srityse: medienos apdirbimui, grūdų malimui, sunkiems darbams statybose ir žemės ūkyje mechanizuoti.“ (V. Adomavičius, P. Balčiūnas, 2004, p. 62). Tačiau šiuo metu hidroenergija naudojama tik vienam tikslui – elektros energijai gaminti. Plačiausiai naudojama hidroenergijos forma – upių vandens tėkmės energija. Vandens resursus nuolat papildo lietus ir sniegas, dėl to hidroelektrinės nepriklauso nuo ribotų kuro išteklių. Deja ne visus perspektyvius hidroenergijos šaltinius galima panaudoti, nes dalis jų yra nuošaliose pasaulio vietose kur menka elektros energijos paklausa. Hidroenergija – viena iš alternatyviosios energijos rūšių. Šio tipo elektrinės gali būti atnaujinamos, jų veikla neteršia gamtos, joms nereikia jokio kuro. Naudojant hidroelektrines galima saikingiau naudoti iškastinį kurą, nes šių elektrinių pasaulyje pagaminta elektros energija kasmet padeda sutaupyti tokį iškastinio kuro kiekį, kuris atitinka apie 360 mln. tnų naftos. Elektros gamybos efektyvumas hidroelektrinėse labai priklauso nuo upių metinio debito. Sausojo sezono metu, kuomet sumažėja vandens lygis upėse, sulėtėja ir elektros gamyba. Be to, statant hidroelektrines, būtina įvertinti ir visišką upių išdžiūvimo galimybę vasaros laikotarpiu Lietuvoje panaudojama 14 % turimų hidroenergijos išteklių. Jų dalis bendrame energijos balanse yra apie 1% bei elektros energijos balanse apie 3%. „Techniniai arba realūs hidroenergijos ištekliai šalyje įvertinti 2,7 mlrd. kWh/metus. Apie 2,2 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%.“ (www.aet.ktu.lt). Ekonomiškai efektyvesnės ir energetiškai reikšmingesnės yra didelės hidroelektrinės, tačiau jų įrengimas atidedamas ateičiai dėl griežtų ekologinių reikalavimų ir esamo elektrinių galių pertekliaus. Tačiau mažosios hidroelektrinės(7 MW ir jos pagamina apie 25 mln. kWh/metus elektros energijos. Hidroenergetikos plėtrai paspartinti būtina tinkama valstybės politika ir sprendimai, kuriuos darant reikėtų atsižvelgti į išorinių energijos gamybos kaštų arba išvengtos žalos aplinkai kurenant organinį kurą vertinimu. 3. VANDENILIO TECHNOLOGIJOS Siekiant patenkinti sparčiai augantį energijos poreikį, visame pasaulyje dedamos pastangos didinti esamų energijos konversijos sistemų efektyvumą. Dėl iškilusių ekologinių problemų tenka ieškoti būdų, kaip sumažinti naftos produktų panaudojimą bei vartoti daugiau vandens, vėjo ir saulės energijos. „Vienas perspektyviausių kelių šioms problemoms spręsti yra vandenilio energetikos technologijų panaudojimas.“ (www.hydrogen.lt).Vandenilis tampa potencialiu energijos šaltiniu, kuris artimiausioje ateityje gali pakeisti egzistuojančius energijos šaltinius – naftą, anglį, dujas. Šiandieniniame pasaulyje vandenilio energetika gali būti vienas efektyviausių būdų spręsti globalines aplinkosaugos problemas. Dabar intensyviausiai kuriamos vandenilio energetikos technologijos, kurios leistų panaudoti vandenilį kaip energijos šaltinį, stacionariose elektros energijos gamybos sistemose ir visų rūšių transporte. „Vandenilio energetikos technologijos turi didžiulį potencialą užtikrinant energijos riekimo saugumą ir patikimumą bei mažiau išskirti šiltnamio efektą sukeliančių dujų.“ (www.images.katalogas.lt). Artimiausioje ateityje vandenilio energetikos technologijos gali tapti vienomis iš svarbiausių alternatyvų šiuo metu egzistuojančioms energijos gamybos technologijoms. Elektros energija pagal vandenilio technologiją gaminama kuro celėje naudojant vandenilį ir deguonį.Pasinaudojant vandenilio technologiją, elektros energija išgaunama kuro celėje. Čia vandenilio konversija į energiją virsta be degimo proceso, labai efektyvi, neteršia gamtos ir nesukelia triukšmo bei vibracijos. Vienos geriausių vandenilio kuro celių yra SOFC. Jos turi didžiausią naudingumo koeficientą, jose galima naudoti įvairias kuro rūšis, šio tipo celė darbo metu sukuria labai mažą anglies junginių emisiją. SOFC panaudojimo gaminant elektros energiją efektyvumas siekia 70%. Vandenilio kuro celė SOFC sudaryta iš anodo arba kuro elektrodo, kietakūnio oksido elektrolito bei katodo arba oro elktrodo. „SOFC darbo metu vandenilis tiekiamas į anodą, deguonis – į katodą. Deguonies molekulės elektrodo srityje redukuojamos ir gaunami daguonies jonai. Šie jonai migruoja per kietą elektrolitą prie kuro elektrodo, kur, reaguojant su H2 ar CO , susidaro H2O ar CO2 elektronai.“ (www.images.katalogas.lt). Netolimoje ateityje SOFC celės galės būti naudojamos ten, kur reikia patikimai tiekti elektros energiją, vietovėse, kur elektros energijos tinklai ir taip perkrauti, intensyvios veiklos zonose siekiant sumažinti aplinkos užterštumą ir kt. „Vandenilio energetikos technologijų plėtra bei įtraukimas į rinką užtikrins energijos tiekimo saugumą bei patikimumą, nes jo dėka bus sumažinta Europos Sąjungos priklausomybė nuo energijos šaltinių importo bei atskirų energijos šaltinių.“ (www.images.katalogas.lt). Taip pat šios technologijos įvedimas turės didelę įtaką sumažinant CO2 emisiją į aplinką. Planuojama, kad pirmosios vandenilio technoloijos į rinką bus įtrauktos 2004 – 2010 m. Šiuo metu vandenilinės technologijos yra labai brangios. Tačiau ateityje varyti automobilius išskaidytu vandeniu į deguonį ir vandenilį būtų labai ekologiška, nes į aplinką išmetamas tik vanduo. Dar vienas kriterijus dėl ko didelis dėmesys turėtų būti skiriamas vandeniliui – milžiniškos jo atsargos žemėje. „Minesotos universiteto specialistų sukurtoji sistema gali pakeisti visą kuro elementų panaudojimo elektromobiliuose ateitį. Reaktoriaus prototipas, kuris yra 10 cm ilgio ir 2 cm skersmens, gamins tiek vandenilio, kiek jo prireiks automobiliui.“ (www.ims.pfi.lt). Vandenilio reaktorius pateiktas paveiksle Nr. 3. Paveikslas Nr. 3 Šiame reaktoriuje alkoholis verčiamas vandeniliu. „Pradžioje etanolio, vandens ir oro mišinys yra įpurškiamas į reakcijos kamerą ir įkaitinamas iki 140 oC temperatūros, kuris veikiamas išgaruoja visos jį sudarančios medžiagos. Garai praleidžiami pro rodžio ir cerio oksido katalizatorių, kuris suskaldo etanolį, paversdamas jį vandeniliu, anglies viendeginiu ir anglies dvideginiu. Tuo pat metu išsiskiria ir papildoma šiluma, pakelianti temperatūrą iki 700 oC ir paspartinanti reakciją. Vėliau mišinys patenka į kamerą, kurioje jis atšaldomas iki 400 oC ir praeina platinos ir cerio oksido katalizatorių. Šioje vietoje su karštais vandens garais sureaguoja anglies viendeginis ir susidaro anglies dvideginis ir vandenilis. Iš reaktoriaus išeinančiose dujose vandenilio yra apie 50 proc.“ (www.ims.pfi.lt). 4. ATSINAUJINANČIŲ ENERGETINIŲ ŠALTINIŲ MOKSLINIAI TYRIMAI Atsinaujinančių energijos šaltinių srityje jau atlikta daug mokslinių tyrimų. Tačiau ir toliau reikia intensyviai darbuotis. Tik mokslo pasiekimų dėka atsinaujinančių energijos šaltinių gamyba ir naudojimas gali tobulėti ir populiarėti. Lietuva turi pasaulinio lygio mokslo potencialą fotoelektros sityje. Tyrimai dirbtinių sistemų formavimosi teorijos ir taikymo srityje sudaro galimybes kurti iš principo naujas, efektyvesnes saulės elementų gamybos technologijas. Ir toliau būtina tęsti tyrimo darbus neorganinių medžiagų panaudojimo saulės energetikoje tyrimo darbus. Tai - trinarių chalkopirito tipo puslaidininkių, kurie gali tapti labai efektyvių saulės elementų pagrindine struktūra, tyrimus. Ateityje planuojami šių puslaidininkių efektyvumo priklausomybės nuo sluoksnių formavimo sąlygų, jų elektrinių ir fotoelektrinių savybių tyrimai. Šių tyrimų pagrindinis tikslas – ženklus fotoelektros atpigimas. Kad saulės spindulinę energiją būtų galima pradėti efektyviai naudoti elektrai gaminti tiesiogiai, mokslas ir technologijos turėjo pasiekti pakankamai aukštą lygį. Reikėjo atrasti fotoelektros reiškinį, išrasti ir pakankamai ištobulinti fotoelektrinius keitiklius ir sukurti pakankamai efektyvias iš saulės gautos elektros energijos konversijos technologijas, kurios užtikrintų stabilių standartinių parametrų energijos tiekimą bet kuriuo paros metu. Fotoelektriniai keitikliai išrasti tik prieš 50 metų. Tačiau per šiuos 50 metų jie žymiai patobulinti, padidėjo jų naudingo veikimo koeficientas, atpigo gamyba. Saulės elemento efektyvumas labai priklauso nuo kuo didesnio saulės šviesos spektro panaudojimo. 2002 m. mokslininkai JAV Nacionalinėje Lawrence Berkeley laboratorijoje Kim Man Yu ir Wladek Walukewicz išbandė medžiagą, kuri gali duoti žymiai didesnį saulės elementų naudingo veikimo koeficientą. Keičiant indžio ir galio koncentraciją atskiruose salės elemento sluoksniuose galima labai tiksliai sureguliuoti sugeriamos fotonų energijos kiekį. Naujoji medžiaga idealiai tinka saulės elementų gamybai. 2004 m. tie patys mokslininkai ištyrė dar vienos naujos medžiagos tinkamumą fotoelektriniams keitikliams gaminti – cinko mangano telūro lydinį (ZnMnTe) ir nustatė, kad vienajungtis iš šios medžiagos pagamintas fotoelektrinis keitiklis gali priimti visą saulės spektrą. Dėl to galima gaminti fotoelektrinius modulius su žymiai didesniu naudingo veikimo koeficientu. Lietuvoje taip pat vykdomi mokslo darbai kurie gali tapti rimtu pagrindu fotoelektros plėtrai. „Mokslininkų Sąjungos institute kuriama nauja didelio efektyvumo saulės elementų gamybos technologija, leidžianti sumažinti elementų kainą.“ (www.ekostrategija.lt). Kauno Technologijos universitete atliekamas saulės monitoringas, kuris ypatingai svarbus projektuojant fotoelektrines jėgaines. Labai svarbu pakankamai skirti lėšų mokslo tyrimams vykdyti. Europos Sąjungos valstybėms narėms yra numatyta struktūrinė parama įvairiems tyrimams, susijusiems su atsinaujinančiais energetikos šaltiniais, vykdyti: • „Integruota veikla, siekiant suteikti tvirtą technologinį pamatą konkurencingai ES kuro elementų ir vandenilio pramonei stacionarių, portatyvių ir transporto taikymų srityje. Vandenilio ir kuro elementų Europos technologijų platforma padeda atlikti šią veiklą siūlydama integruotą mokslinių tyrimų ir įdiegimo strategiją. • Technologijos, kuriomis siekiama padidinti bendrą transformacijos veiksmingumą, sumažinant elektros energijos gamybos iš vietinių atsinaujinančios energijos šaltinių sąnaudas, ir skirtingoms regioninėms sąlygoms pritaikytų technologijų kūrimas bei jų veiksmingumo įrodymas. • Technologijos šildymo ir aušinimo, naudojant atsinaujinančios energijos šaltinius, našumui padidinti ir sąnaudoms sumažinti, užtikrinant tokių šaltinių naudojimą skirtingomis regioninėmis sąlygomis. • Iš pagrindų sumažinti dėl iškastinio kuro naudojimo daromą poveikį aplinkai, siekiant didelio našumo elektrinių, beveik neišskiriančių į aplinką žalingų dujų, paremtų CO2 surinkimo ir saugojimo technologijomis.“ (www.ausis.gf.vu.lt). Šie tyrimai finansuojami tam, kad jiems pavykus ateityje būtų galima naudoti įvairius energijos šaltinius, mažinti iškastinio kuro naudojimą. Kad būtų išspręsti uždaviniai susiję su klimato kaita, kuri vyksta dėl aplinkos teršimo. Mokslo tyrimams atlikti taip pat reikalinga konkreti valstybės parama. Prioritetinės mokslo tyrimų sritys, kurioms valstybė pirmiausia turi skirti finansavimą, turėtų būti susiję su alternatyviąja energetika, jos technologijų kūrimu. „Planuojama teikti paramą geoterminių, vandens, vėjo ir saulės energijos bei biomasės šaltinių ir komunalinių atliekų naudojimui.“ (www.gstudija.tinklapis.lt). 5. ATSINAUJINANČIŲ ENERGETINIŲ ŠALTINIŲ ĮRENGINIŲ GAMYBA 5.1 VĖJO MIKROELEKTRINIŲ ĮRENGIMAS Idealiausia vėjo jėgaines naudoti ten, kur vartotojas negali prisijungti prie elektros tinklų, prisijungimas per brangus ar vartotojas nori būti nepriklausomas nuo elektros tinklų ir energija apsirūpinti naudodamas alternatyviuosius energijos šaltinius. Pirmiausia reikia labai atidžiai parinkti vietą, kur bus statoma vėjo jėgainė. Tam labai pasitarnauti gali vietovės vėjų rožė. Reikia patikrinti, kad vėjo elektrinės vieta nebūtų užstojama reikšmingos kliūties pagal vyraujančių vėjų kryptį. „Projektuojant ir statant vėjo jėgaines reikia žinoti žemės paviršiuje esančių objektų įtaką vėjo greičiui ir jėgainės darbo efektyvumui.“ (V. Adomavičius, P. Balčiūnas, 2003, p. 50). Palankiausia vėjo jėgaines statyti atviroje jūroje, dideliuose ežeruose ar lygumose ten, kur nėra didelių kliūčių. Vėjo jėgainei įrengti reikalinga: generatorius, baterijos krovimo reguliatorius, sparnuotė ir stiebas. Pastovaus megneto generatorius sukonstruotas kaip standartinis variklis. Rotorius pagamintas iš mažų magnetų, kurie duoda didesnę energijos galią. Statorius turi trijų fazių varines apvijas. „Generatoriaus išvadai kabeliu nuvedami į tipinį įvadinį skydelį, iš kurio maitinami vietinio elektros tinklo energijos imtuvai“. (V. Adomavičius, P. Balčiūnas, N. Ždankus, 2000, p. 91). Šiuo metu pasaulyje veikiančiose vėjo energijos jėgainėse vėjo kinetinei energijai pakeisti į elektros energiją naudojami įvairių tipų generatoriai: asinchroniniai narveliniai, asinchroniniai su faziniu rotoriumi, sinchroniniai, sinchroniniai žadinami nuolatiniais magnetais ir indukciniai. Baterijos krovimo reguliatorius reikalingas tam, kad apsaugoti akumuliatorius nuo perkrovimo ir visiško iškrovimo. „Kai vėjo jėgainė pagamina daugiau energijos nei gali absorbuoti akumuliatorius, reguliatorius nukreipia perteklinę energiją oro šildymui arba per papildomą prietaisą vandens pašildymui.“ (www.vejoenergija.w3.lt). Jei vartotojas išeikvoja per daug akumuliatoriaus galios, reguliatorius išjungia elektros tiekimą ir įkrauna tik esant pakankamai generatoriaus tiekiamai energijai. Sparnuotės kiekvienas sparnas gaminamas atskirai iš epoksidinės stiklo pluošto dervos. Po to viskas suklijuojama. Sparno konstrukcija veikia ir kaip apsauga nuo per didelio vėjo. „Esant darbiniam vėjo srautui, posūkio sparnas yra lygiagretus generatoriaus ašiai. Kai vėjo srautas per didelis, posūkio sparnas pasuka generatoriaus ašį atitinkamu kampu nuo vėjo srauto krypties, taip apsaugodamas generatorių nuo perkrovos.“ (www.vejoenergija.w3.lt). Stiebai gaminami pageidaujamo aukščio. Aukštis pasirenkamas pagal vietovę. Gali būti 6,12,18,24,36m aukščio. Blokų vamzdžiai sujungiami tarpusavyje ant žemės horizontalioje padėtyje, tvirtinamas generatorius, sparnuotė, kabeliai ir visa konstrukcija pakeliama į vertikalią padėtį bei pritvirtinama varžtais prie pamato. Vėjo jėgainės veikimas labai paprastas. „Sukamas vėjo energijos, gamina 3 fazių kintamą elektros srovę kuri išlyginama įtampos reguliatoriumi ir laikoma akumuliatoriuose (nuo 12,24v iki 120v ir daugiau).“ (www.vejoenergija.w3.lt). Panaudojus inverterį galima konvertuoti įtampą į 110v ar 220v, 50/ 60Hz. Metinis pagaminamos energijos kiekis labai priklauso nuo vietovės sąlygų ir stiebo, ant kurio tvirtinamas generatorius aukščio.   5.2 SAULĖS KOLEKTORIŲ GAMYBA Saulės kolektoriai gali būti spindulius fokusuojantieji ir plokštieji. Daugelis kolektorių turi šilumą sugeriančią plokštę – absorberį arba tūrinį šilumos kaupiklį. Spindulius fokusuojantieji kolektoriai gali pagauti tik tiesioginius saulės spindulius. Jei spinduliai išsklaidyti, tokie kolektoriai neveikia. Paprastesės struktūros ir veikimo yra plokštieji saulės kolektoriai. Jie ir yra dažniausiai naudojami praktikoje. Plokščiąjį saulės kolektorių sudaro: absorberis, skaidrioji danga, šiluminė izoliacija ir korpusas. Skaidri apsauginė danga, kuri praleidžia trumpabangius saulės spindulius ir sulaiko infraraudonuosius. Ši danga saugo šilumą sugeriančią plokštę nuo atmosferos poveikio. Skaidriajai dangai dažniausiai naudojamas grūdintas labai skaidrus stiklas. Absorberis paverčia spindulinę saulės energiją šiluma. Absorberis yra svarbiausia saulės kolektoriaus dalis. Saulės spinduliai per skaidriąją dangą patenka ant juodos absorberio plokštės ir ją įšildo. Paviršinis absorberio plokštės sluoksnis turi gerai sugerti trumpųjų bangų spinduliavimą ir mažai išspinduliuoti ilgųjų bangų. Absorberio dugnas ir šonai izoliuojami šilumos izoliacija. Ji nesugeria drėgmės ir nepraranda savybių net ir labai aukštoje temperatūroje. Izoliacijai galima naudoti aliuminio foliją. Bet papraščiausia absorberio plokštę nuadažyti juodais dažais. Saulės kolektoriaus korpusas gaminamas iš plieno, plastmasės arba impregnuotos medienos. Plokčiajame saulės kolektoriuje aukštą naudingumo koeficientą garantuoja atrankiojo absorberio sluoksnis ir labai efektyvi šilumos izoliacija. Absorberis gali būti montuojamas horizontaliai arba vertikaliai. Jei įrengta kištukinė sistema, vieną prie kito galima prijungti iki dešimties kolektorių. Saulės spinduliams krintant statmenai kolektoriaus skaidriosios dangos paviršiui, tai kolektorius gauna daugiausia spindulinės energijos. Saulės kolektroriai montuojami ant pietinio stogo šlaito. Kolektoriaus polinkio į horozontaliąją plokštumą kampas turėtų būti 30-50o. Kolektoriaus saulės sekimo sistemos yra labai brangios, todėl jos beveik nemontuojamos. 5.3 FOTOELEKTRINIŲ MODULIŲ GAMYBA Fotoelektriniai moduliai yra svarbiausioji saulės elektrinės dalis. Jie yra vienintelė elektrinės dalis, kuri išlieka visais atvejais visuose galimuose variantuose. Kitų elektrinės dalių poreikis sprendžiamas sudarant struktūrinę schemą konkrečiam atvejui priklausomai nuo vartotojo poreikių. Fotomodulių konstrukcija turi būti patogi montuoti, patikimai apsauganti puslaidininkius fotoelementus nuo išorinio poveikio. Taip pat fotomoduliai turi estetiškai atrodyti, nes jie montuojami pastato išorėje. Pastatuose dažniausiai naudojami 12V, 24V ir 48V darbo įtampos moduliai. Jų galia dažniausiai būna nuo 15 Wp iki 300 Wp. „Virš 80 proc. visų fotoelektrinių modulių šiuo metu gaminami iš monokristalinio ir polikristalinio silicio saulės elementų. Amorfinio silicio saulės elementai, įskaitant ir patalpose naudojamų elektroninių prietaisų (kalkuliatorių, laikrodžių ir kt.) maitinimą, užima mažiau kaip 80 proc. rinkos.“ (www.ekostrategija.lt) Lietuva yra sukūrusi monokristalio silicio saulės elementų gamybos technologiją, kuri leidžia gaminti 13% efektyvumo saulės elementus.Ji yra pajėgi gaminti šiuo metu populiariausius monokristalio silicio saulės elemntus. Fotoelektrinis modulis sukonstrutas taip, kad jo gabaritiniai matmenys ir elektriniai parametrai atitiktų sutartinius dydžius. „Monokristalinio ir polikristalinio silicio FEM sudaromi iš tam tikro skaičiaus mažos galios (dažniausiai apie 1– 0,5 W) nedidelių fotoelektrinių elementų, kurie, kombinuojant nuoseklųjį ir lygiagretųjį jungimą, sujungiami taip, kad gautųsi norimų konvencinių elektrinių parametrų modulis.“ (www.aet.eaf.ktu.lt). Amorfino silicio fptoelektriniai moduliai gaminami ant metalinio pagrindo užnešant ploną silicio sluoksnį. Šių elementų visą plotą užima viena ištisinę fotoelektrinė danga. Jei reikia didesnės nei 300 W galios, kombinuojant lygiagretujį ir nuoseklųjį jungimą, moduliai yra jungiami į modulynus. Fotoelektinių modulių su stiklo nešančiąja konstrukcija pateikta paveiksle Nr. 4 Paveikslas Nr. 4 fotoelektriniai moduliai Fotoelektrinio modulio naudingumo koeficientas priklauso nuo modulio tipo bei gamybos būdo. „Šiuo metu rinkoje esančių FEM naudingumo koeficientai, priklausomai nuo modulio tipo yra tokie: monokristalinio silicio – iki 20%, polikristalinio silicio – apie13%, amorfinio silicio – apie 8%, vario indžio diselenido (tarptautinė santrumpa – CIS) – apie 11%.“ (www.aet.eaf.ktu.lt). Saulės elementų efektyvumas labiausiai priklauso nuo kuo didesnio saulės šviesos spektro panaudojimo. JAV nacionalinėje laboratorijoje mokslininkai jau atrado medžiagą, kuri duoda didesnį saulės elemntų efektyvumą. Taip indžio galio nitridas. „Keičiant indžio ir galio koncentraciją atskiruose saulės elemento sluoksniuose galima labai tiksliai sureguliuoti sugeriamos fotonų energijos kiekį.“ (www.aet.eaf.ktu.lt). Ši medžiaga idealiai tinka saulės elementų gamybai. Iš šios medžiagos pagaminti fotoelektriniai moduliai turėtų sugerti visų šviesos spektro bangų energiją. Dėl šios priežasties jų efektyvumas turėtų būti apie 50% ar netgi didesnis. IŠVADOS Lietuvos Nacionalinė saulės programa - tai pasaulio saulės programos dalis. Jos pagrindinis tikslas - turimo mokslo, technologijų, gamybinio bei energetinio potencialo Lietuvoje tolesnė plėtra. Ši programa apima visus Lietuvai aktualius atsinaujinančios energijos šaltinius, visas su problema susijusias veiklos rūšis. Saulės energija yra atsinaujinantis energijos šaltinis. Lietuvoje saulės energija plačiausiai naudojama elektros energijai gauti. Saulės spindulinė energija kinta priklausomai nuo metų, paros laiko ir meteorologinių sąlygų. Saulės energija renkama ir konvertuojama saulės elektrinėse. Vėjo energija taip pat naudojama elektros energijai gaminti. Ši energijos rūšis nevadinama atsinaujinančia, bet vadinama alternatyviąja. Elektros energijos gamyba vėjo pagalba priklauso nuo daugelio faktorių: gamtinių sąlygų, regiono energetikos infrastruktūros išvystymo laipsnio, visuomenės poreikio energijos ištekliams ir eilės kitų faktorių. Lietuvoje vidutinis vėjo greitis žiemą yra ženkliai didesnis negu vasarą Vėjo elektrinės Lietuvoje birželio ar liepos mėnesiais pagamintų 3 – 4 kartus mažiau energijos nei gruodžio ar sausio mėnesiais. Atliktais tyrimais įrodyta, kad Lietuvoje vėjo energijos panaudojimas yra įmanomas ir ekonomiškai. Hidroenergija – viena iš alternatyviosios energijos rūšių. Hidroenergijos naudojimo formos labai įvairios: tekančios vandens srauto, jūrų potvynių ir vandenynų bangų energija. Šio tipo elektrinės gali būti atnaujinamos, jų veikla neteršia gamtos, joms nereikia jokio kuro. Elektros gamybos efektyvumas hidroelektrinėse labai priklauso nuo upių metinio debito. Sausojo sezono metu, kuomet sumažėja vandens lygis upėse, sulėtėja ir elektros gamyba. Dabar intensyviausiai kuriamos vandenilio energetikos technologijos, kurios leistų panaudoti vandenilį kaip energijos šaltinį, stacionariose elektros energijos gamybos sistemose ir visų rūšių transporte. Vandenilis tampa potencialiu energijos šaltiniu, kuris artimiausioje ateityje gali pakeisti egzistuojančius energijos šaltinius – naftą, anglį, dujas. Vandenilio technologijos ateityje turėtų būti naudjamos ne tik elektros energijai gaminti, bet ir automobiliams varyti. Atsinaujinančių energijos šaltinių srityje jau atlikta daug mokslinių tyrimų. Lietuva turi pasaulinio lygio mokslo potencialą fotoelektros sityje. Vykdomi mokslo darbai kurie gali tapti rimtu pagrindu fotoelektros plėtrai. Europos Sąjungos valstybėms narėms yra numatyta struktūrinė parama įvairiems tyrimams, susijusiems su atsinaujinančiais energetikos šaltiniais, vykdyti. Mokslo tyrimams atlikti taip pat reikalinga konkreti valstybės parama. Vėjo jėgaines geriausia rengti ten, kur vartotojas negali prisijungti prie elektros tinklų, prisijungimas per brangus ar vartotojas nori būti nepriklausomas nuo elektros tinklų ir energija apsirūpinti naudodamas alternatyviuosius energijos šaltinius. Vėjo jėgainei įrengti reikalinga: generatorius, baterijos krovimo reguliatorius, sparnuotė ir stiebas. Saulės kolektoriai gali būti spindulius fokusuojantieji ir plokštieji. Saulės kolektorių sudaro: absorberis, skaidrioji danga, šiluminė izoliacija ir korpusas. Fotoelektriniai moduliai yra svarbiausioji saulės elektrinės dalis. Jie yra vienintelė elektrinės dalis, kuri išlieka visais atvejais visuose galimuose variantuose. Dauguma fotoelektrinių modulių šiuo metu gaminami iš monokristalinio ir polikristalinio silicio saulės elementų. Lietuva yra sukūrusi monokristalio silicio saulės elementų gamybos technologiją, kuri leidžia gaminti 13% efektyvumo saulės elementus. Fotoelektrinio modulio naudingumo koeficientas priklauso nuo modulio tipo bei gamybos būdo. CITUOTA IR NAUDOTA LITERATŪRA 1. V. Adomavičius, P. Balčiūnas, N. Ždankus. Atsinaujinančių šaltinių panaudojimas sodyboms aprūpinti elektros energija – Kaunas, Technologija, 2000. 2. V. Adomavičius, P. Balčiūnas. Atsinaujinančiosios ir alternatyviosios energijos šaltiniai – Kaunas, Technologija, 2003. 3. V. Adomavičius, P. Balčiūnas. Mažosios atsinaujinančiųjų šaltinių elaktrinės – Kaunas, Technologija, 2003. 4. www.aet.eaf.ktu.lt 5. www.aet.ktu.lt 6. www.ausis.gf.vu.lt 7. www.birutis.lt 8. www.ekostrategija.lt 9. gstudija.tinklapis.lt 10. www.hydrogen.lt 11. www.images.katalogas.lt 12. www.ims.pfi.lt 13. www.tp.cargo.lt 14. www.vejoenergija.ww3.lt

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!