номер журнала 2 ∘ Рамаз Абесадзе ∘
Альтернативная энергетика[1]

Резюме: На современном этапеестьдве важныйшие проблемы, тесно связанные  с энергетикой:

1. Исчерпаемость традиционных энергоресурсови

2. Защита окружающей среды от энергетического загрязнения. В труде исследованна, как одна, так и другая проблема, исходя из текущей ситуации в мире. Также анализируются возможности развития альтернативной и возобновляемой энергетики в Грузии.

Ключевые слова:Альтернативная энергетика,Гидроэнергетика, Солнечная энергия, Ветряная энергия, Геотермальная энергия. 

Введение 

Энергетика является крупнейшим потребителем энергоресурсов. На  сегодняшний день большинство используемых энергетических ресурсов невозобновляемые и через некоторое время эти ресурсы перестанут существовать.Таким образом, на повестке дня стоит задача поиска альтернативных источников энергии.Добыча энергии также является самым большим загрязнителем окружающей среды, что требует созданияэнергоэффективных ичистых технологий. На сегодняшний деньво всем мире в этом направлении довольно много сделано, но в будущем предстоит сделать гораздо больше.

Альтернативная энергетика, в отличие от традиционной, включает технологии, ориентированные на замен существующей энергетики и развитие экологически чистых производств.

Она основывается на использовании возобновляемых источников энергии (энергия солнца, ветра, приливов, волн, биомассы, геотермальных вод), энергосберегающих технологий и некоторых невозобновляемых энергоресурсов (атомная и водородная энергетика).

Поскольку энергия воды относится к возобновляемым источникам энергии, ее также можно считать альтернативной.

Возобновляемые источники энергии 

Гидроэнергетика. Наиболее важной из возобновляемых источников энергии является гидроэнергетика.Люди использовали энергию воды с незапамятных времен. Водяные мельницы сохранились практически в неизменном виде. В начале 19-го века паровые двигатели оттеснили водяное колесо, но после передачи электроэнергии на дальние расстояния,в результате изобретения гидротурбин, водяные двигатели снова вернули свое потерянное значение.

Одно из первых мест в природном богатстве Грузии занимают гидроэнергетические ресурсы.Чрезвычайно обильные атмосферные осадки и горный рельеф обусловили огромные запасы воды. Грузия является одной из первых в мире по гидроэнергетическим ресурсам на единицу территории. Использование энергии воды в Грузии имеет многовековую историю.Однако использование гидроэнергетических ресурсов невелико. В настоящее время это всего 10-12 процентов от всего технического гидроэнергетического потенциала. Если мы сравним эти показатели с аналогичными показателями разных стран мира, мы можем убедиться, что уровень освоения гидроэнергетических ресурсов в Грузии очень низок, например, Япония использовала 65 процентов гидроэнергетики,  Италия-71,  Швеция -82.5,  Франция - 89,5, Швейцария - 90.

По использованию гидроэнергии мировыми лидерами являются Китай, Бразилия, США, Канада и Россия.

Солнечная энергия. Солнце является огромным источником энергии мощностью 4,1023 кВт, а Земля получает лишь небольшую часть - 1014 кВт. В среднем солнечная энергия в один киловатт приходится на квадратный метр земли, хотя в разных местах этот показатель неравномерен.

Солнечная энергия может быть использована для производства тепла и энергии. Первые гелиоэлементы в мире появились 6 января 1952 года. С тех пор были изобретены тысячи гелиоинструментов, от самых простых котлов до больших (несколько тысяч квадратных метров) параболических зеркал (в центре которых температура достигает 2500-3500 °). и электростанции, типа солнечной башни мощностью несколько десятков МВт. По использованию солнечной энергии лидерами в мире являются Германия, Италия, США, Китай, Япония, а по солнечным концентрациям - Испания, США, Алжир, Египет, Марокко, Австралия.

Превращение солнечной энергии в тепловую началось в Грузии в конце 40-х - начале 50-х годов прошлого века. В 1950 году была успешно использована тепловая гелиоэлектростанция, ее коэффициент полезного действия составил 45%. В 1955-1957 годах в разных регионах Грузии было установлено 17 гелиоагрегатов с общей площадью коллекторов - 1600 м2. В 1959 году на базе Тбилисского Зоо-Ветеринарного Института был построен концентратор солнечного света, предназначенный для обработки яиц в инкубаторе. В условиях Грузии солнечная энергия может использоваться для обеспечения энергией отдаленных, небольших населенных пунктов, пастущих стойбищ, геологических и горных станций, военно-полевых сооружений, а также станций связи и чрезвычайных ситуаций в горных районах. Территория Грузии считается территорией, где целесообразным и экономически оправданным является использование солнечной радиации в качестве источника энергии. Наилучшие условия для этого находятся в прилегающих районах Черного моря, а также в низменностях Восточной и Южной Грузии, и в кавказских регионах.

Ветряная энергия. Энергия ветра играет важную роль в общем балансе мировых природных ресурсов. Энергия ветра использовалась с древних времен. Первоначально она использовалась в навигации, а затем для замены мышечной силы человека. Самый ранний ветродвигатель был построен в Египте и Китае. В Египте сейчас остаются руины ветряных мельниц. В Западной Европе ветровые двигатели широко использовались для подачи воды, разбивания семян и работы различных машин. В настоящее время энергия ветра также используется для получения электроэнергии. Высокопроизводительные ветряные электростанции вертикальной оси считаются более перспективными.

Установленная мощность ветряных электростанций в мире будет постепенно расти. Теоретические ресурсы этого в Грузии составляют 10¹² кВтч, экономически обоснованным можно считать 2-3 млрд кВтч. Самая большая ветряная турбина в мире, расположенная на Гавайях, имеет высоту 20-этажного здания, а ее крыло по размеру соответствует стандартному футбольному стадиону. Сегодня одной из наиболее успешных стран в использовании энергии ветра является Дания, где 28% электроэнергии получают из энергии ветра, и к 2020 году ожидается ее увеличение до 50%. В настоящее время насчитывается около 1500 ветроэлектростанций. По использованию энергии ветра в мире лидерами являются Китай, США, Германия, Испания, Индия.

В Грузии есть несколько перспективных мест для строительства ветряных электростанций: Поти (мощность - 50 МВт, Выработка - 110 млн кВтч), Чорохи (50 МВт, 120 млн кВтч), Кутаиси (100 МВт, 200 млн кВтч), Гори-Каспи (200 МВт, 500 млн кВтч), Паравани (200 МВт) ), Мта-Сабуэти (150 МВт, 450 млн. КВтч), Мта-Сабуэти (600 МВт, 2000 млн. КВтч), 500 млн. КВтч), Самгори (50 МВт, 130 млн. КВтч), Рустави (50 мг) Вт, 150 млн. кВтч). Общая мощность - 1450 МВт. Это одно из самых перспективных мест для строительства ветряных электростанций в Грузии.

Коммерческая ветряная электростанция «Картли» с шестью турбинами была введена в эксплуатацию в Гори, которая является первой не только в Грузии, но и в Закавказье, стабильно производящим электроэнергию. Ее строительство стало возможным благодаря поддержке Европейского Банка Реконструкции и Развития (ЕБРР) и Европейского союза, а также других международных доноров.

Геотермальная энергия - это энергия в сердце Земли. Сердце земли представляет собой палящую массу, и ее интенсивность даже превышает солнечную температуру,  тепло и энергия вспыхивают на поверхности земли в виде вулканов и гейзеров. Использование этой энергии, помимо обустройства бань, стало возможным и для других средств. 10% энергии в мире получают из геотермальной энергии, геотермальная энергия обычно используется для отопления и электричества.

В Исландии, где зимой строгие условия жизни, есть огненная почва и  вода, 87% тепла страны и 25% электроэнергии получают из геотермальной энергии. В настоящее время геотермальная энергия используется более чем в 25 странах мира, включая США, Филиппины, Индонезию, Мексику, Италию, Новую Зеландию, Китай, Японию, Россию, Израиль и т. д.

Грузия богата геотермальными водами. В настоящее время найдено 300 водяных источников с температурой 30-110 ° С, что эквивалентно 500 тыс. тонн условного топлива. Использование такого количества геотермальных вод позволит сэкономить 2 млн.

Практическое применение термальных вод началось в Грузии с 1973 года. Тбилиси, Зугдиди, Самтредиа и некоторые другие города были обеспечены термальной водой. В 1993 году почти все горные работы были приостановлены, за исключением Тбилисского источника на озере Лиси. Согласно современному уровню гидрогеологических исследований, прогнозные запасы геотермальных вод в Грузии достигают 250 млн. М3 в год. Сегодня известно более 250 природных и искусственно пробуренных вод, в которых температура геотермальной воды колеблется в пределах 30-11000 ° С, а общий дебит достигает 160 тысяч м3 в день. Эти водные потоки сгруппированы в 44 месторождениях. Из них на 350 м2 имеются колодцы с температурой воды 850 0С и более. Более 80% геотермальных месторождений расположены на западе Грузии. 9 эксплуатационных, 7 возвратных и 3 наблюдательных скважин можно считать пригодными для эксплуатации на геотермальном месторождении Зугдиди-Цаиши. Установлено, что на месторождениях имеется два независимых термогерметизирующих горизонта, которые могут быть устойчивыми в случае повторного использования и равен 30 тыс. М3 термальной воды в сутки.

Энергия морских и океанских волн. Приливная энергия моря и океана приводит в движение турбины, генераторы и дает электричество. Морские волны не зависят от погоды. Дополнительным преимуществом для населения являются мосты и дороги, которые созданы для обустройства станций. Франция, Англия, Канада и Россия имеют потенциал для выработки энергии с помощью волн, поскольку это средство выработки энергии все еще находится на начальной стадии развития, в мире есть только 2 коммерческих предприятия: одно во Франции, другое в Канаде, и одна экспериментальная станция работает в России.

Нетрадиционные энергетические ресурсы

Атомная энергия используется для выработки электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС), а также атомных подводных лодках и атомных ледовых емкостях, также предпринимаются попытки использования ядерной энергии на космических спутниках. Согласно произведенной энергии, есть атомная электростанция, которая производит только электричество; Атомная тепловая электростанция, которая вырабатывает как электрическую, так и тепловую энергию; Тепловая электростанция, которая генерирует только тепловую энергию. В двадцатом веке использование атомной энергии было быстрым, но несколько катастроф, в различных частях  мира, сократила его потребление. Однако в будущем не исключено, что  потребление атомной энергии увеличится с точки зрения обеспечения безопасности, поскольку это неиссякаемый источник энергии.

Человечество впервые начало использовать энергию биомассы для отопления, приготовления пищи. Костер для отпугивания  животных, практически стал первым прецендентом использования энергии биомассы.

Что касается использования энергии биогаза, то в Грузии ничего важного не было сделано, однако потенциал есть. Можно построить заводское крупномасштабное оборудование и генерировать в нем энергию биогаза или производить локальное (семейное) оборудование, в котором население может само получать энергию. В первом направлении на базе биотермической очистной установки бытовых отходов биогаз можно получить с помощью специального оборудования. По второму направлению фирмой «Конструктор» был подготовлен проект биогазовой установки объемом 7-10 м3, который владелец может реализовать самостоятельно. Использование энергии биомассы в мире возглавляют: США, Бразилия, Китай, Германия, Швеция.

Энергоресурсы Черного моря.Здесь, наряду с химическими и гидрологическими ресурсами, энергетические ресурсы представлены в виде сероводорода, метана и пропана в морской воде, которая составляет около 8 миллиардов тонн, а возобновляемая часть сероводорода - несколько десятков миллионов тонн. Черное море также является эффективным холодным источником тепла с большим потенциалом. Температура воды составляет 6-8 ° C на глубине 31 м, и она непрерывна в течение всего года. Мир разработал разные способы получения воды из сероводорода, но ни один метод еще не совершенен.

Очень интересной является синергетическая концепция развития энергетики, которая подразумевает комбинированное использование типов энергии для повышения энергоэффективности, чем при их отдельном использовании. Синергетическая концепция не означает когенерацию, т.е. получение нескольких видов энергии из одного вида энергии. Можно рассмотреть солнечно-ветровые, солнечно-гидро, ветро-гидро, солнечно-гидро-синергетические электростанции, а также ветроэнергетические синергетические электростанции. Эффект в этом случае достигается за счет одновременного использования различных типов энергии для заполнения пробелов, что сопровождается использованием энергии отдельно. Например, ветряная электростанция работает только тогда, когда ветрено, и она не обязательно совпадает с требованиями системы электроснабжения, а также солнечной электростанции. Их использование наряду с углеводородными электростанциями одновременно объясняет эти недостатки. Можно рассмотреть много примеров синергетических процессов.

Солнечная ветро-гидроэлектростанция в Грузии предназначена для строительства в районе Тианети, в деревне Бегела, где ветровая или солнечная энергия может быть использована для перекачки воды до 100 и падения на 700 м. и количество используемых часов составляет 5000 часов, средняя скорость ветра на высоте 40 м составляет 12,1 м / с.

Экологически чистые технологии способствуют эффективному использованию ресурсов, а также защите и сохранению природных ресурсов.

Будущее принадлежит такому производству, которое характеризуется низкими энергетическими и материальными затратами. Экологически чистые технологии включают процессы, направленные на снижение негативного воздействия на окружающую среду и содействие рациональному использованию природных ресурсов. В этом отношении наибольшую роль наряду с нетрадиционной энергией играют энергосберегающие технологии, ориентированные на снижение энергоемкости, что приводит к рациональному использованию энергетических ресурсов и сокращению количества вредных веществ, выделяемых в природе.

Выводы 

1. На современном этапе две основные проблемы тесно связаны с энергетикой:

1. истощение энергии и 2. защита окружающей среды от загрязнения энергией;

2. Энергетическая отрасль является крупнейшим потребителем энергоресурсов. Сегодня большинство используемых энергоресурсов являются невозобновляемыми, и через определенный период этого ресурса вовсе не будет. Таким образом, на повестке дня стоит проблема поиска альтернативных источников энергии. Добыча энергии также является крупнейшим загрязнителем окружающей среды, что требует создания технологий экологически чистой энергии.

3. Альтернативная энергетика, в отличие от традиционной, включает технологии, направленные на изменение традиционной энергетики и разработку экологически чистых продуктов. Альтернативная энергия основана на возобновляемых источниках энергии (солнечная энергия, энергия ветра, приливы, волны, геотермальная энергия, энергия биомассы) и некоторых невозобновляемых ресурсах (атомная и водородная энергетические системы), а также на энергосберегающих технологиях. Поскольку энергия воды относится к возобновляемым источникам энергии, она также может быть альтернативной энергией.

4. Производство электроэнергии в мире гидроэлектростанциями увеличивается с каждым годом. В 2015 году гидроэнергетика обеспечила 60 процентов возобновляемой электроэнергии и 16 процентов от общего объема производства.

5. Грузия является одной из первых в мире по гидроэнергетическим ресурсам на своей территории.

6. Использование энергии воды в Грузии имеет многовековую историю. Однако уровень потребления гидроэнергии в Грузии низок.

7. По использованию гидроэлектроэнергии в мире лидерами являются Китай, Бразилия, США, Канада, Россия.

8. Солнце является огромным источником энергии. Солнечная энергия может быть использована для производства тепла и энергии. По использованию солнечной энергии в мире лидерами являются Германия, Италия, США, Китай, Япония, а по солнечным концентрациям - Испания, США, Алжир, Египет, Марокко, Австралия.

9. Территория Грузии считается территорией, где высоеое солнечное излучение, что экономически оправдано в ее использовании в качестве источника энергии. Наилучшие условия для этого находятся в прилегающих районах Черного моря, а также в низменностях Восточной и Южной Грузии и в кавказских регионах.

10. Энергия ветра играет важную роль в общем балансе мировых природных ресурсов. Установленная мощность ветряных электростанций в мире будет постепенно расти.

11. Сегодня одной из наиболее успешных стран в использовании энергии ветра является Дания, где 28% электроэнергии производится за счет энергии ветра, и к 2020 году ожидается ее увеличение до 50%. В настоящее время насчитывается около 1500 ветроэлектростанций. По использованию энергии ветра в мире лидерами являются Китай, США, Германия, Испания, Индия.

12. Теоретические ресурсы ветровой энергии в Грузии равны 1012 кВтч, из которых 2-3 млрд кВтч можно считать экономически оправданными. В Грузии есть несколько перспективных мест для строительства ветряных электростанций.

13. Коммерческая ветряная электростанция “Картли” с шестью ветряными турбинами была введена в эксплуатацию в Гори, которая является первой не только в Грузии, но и в Закавказье и стабильно производит электроэнергию.

14. 10% мировой энергии получают из геотермальной энергии, геотермальная энергия обычно используется для отопления и электричества. Геотермальная энергия в настоящее время используется в 25 странах мира, в том числе: в США, на Филиппинах, в Индонезии, Мексике, Италии, Новой Зеландии, Китае, Японии, России, Израиле и

 т. д.

15. Грузия богата геотермальными водами. В настоящее время найдено 300 источников воды с температурой воды 30-110 ° С, что эквивалентно 500 тысячам тонн традиционного топлива. Практическое применение термальных вод началось в Грузии в 1973 году. Тбилиси, Зугдиди, Самтредиа и некоторые другие города были обеспечены термальной водой. В 1993 году эксплуатировались почти все месторождения, кроме тбилисского месторождения на озере Лиси.

16. Франция, Англия, Канада и Россия обладают потенциалом для производства энергии посредством приливов, так как это средство энергии все еще находится на начальной стадии развития, в мире существует только две коммерческие электростанции;

17. Использование энергии биомассы в мире возглавляют: США, Бразилия, Китай, Германия, Швеция.

18. Что касается биогазовой энергетики, то в Грузии пока ничего не сделано, но потенциал для этого есть.

19. Перспективной для Грузии является использование энергоресурсов Черного моря. Здесь, наряду с химическими и гидрологическими ресурсами, энергетические ресурсы представлены топливным газом в морской воде, такими как сероводород, метан и пропан,

20. Экологически чистые технологии включают процессы, направленные на снижение негативного воздействия на окружающую среду и содействие рациональному использованию природных ресурсов. В этом отношении наибольшую роль играют, наряду с альтернативной энергией, энергосберегающие технологии, которые направлены на снижение энергоэффективности и, как следствие, на рациональное использование энергоресурсов и сокращение количества запускаемых вредных веществ в природе.

Использованная литература

1. Abesadze R. 1998. Problems Conserning Power Market Formation and its Regulation by the State in Georgia. Bulletin of the Academy of Sciences of Georgia. Economic Series, № 3
2. Alternative Energy. 2018. http://www.altenergy.org
3. Twidell  J. 2016.  Renewable Energy Resources, https://www.amazon.com/Renewable-Energy-Resources-John-Twidell-ebook/dp/B00S1DDA2S
4. Абесадзе Р. 2014. Экономическое развитие и экономический регресс. Тбилиси, "Издательство Института Экономики им.  Паата Гугушвили ТГУ " (На грузинском)
5. Абесадзе Р. 2004. Энергетический экологический фактор экономического развития и макроэкономический механизм формирования энергетического рынка в Грузии. Тбилиси, "Наука" (На грузинском)
6. Абесадзе Р. 2012. Возобновляемые и нетрадиционные энергетические ресурсы. В книге "Экономика Грузии". Тб., "Сиахле"(На грузинском)
7. Блядзе м. 2015. Альтернативные источники энергии. http://mastsavlebeli.ge/?p=1367(На грузинском)
8. Мухигулишвили Г., Кварацхелия Т. 2013. Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность. Мировой опыт(На грузинском) http://weg.ge/sites/default/files/energiis_ganaxlebadi_cqaroebi.pdf
9. Перспективы солнечной энергетики в солнечной стране. 2010(На грузинском)
10. Перспективы использования солнечной энергии в Грузии. 2016. https://www.radiotavisupleba.ge/a/2244248.html https://www.radiotavisupleba.ge/a/mzis-energia-sakartveloshi/27697527.html 
11. Чомахидзе Д., Нармания д. 2018. Экологические Вызовы в энергетическом развитии      Грузии. Глобализация и бизнес. № 5(На грузинском)
12. Экологическичистыетехнологии. 2018 https://www.s-ge.com/ru/ekologiceski-cistye-tehnologii
13. Энергосбегающие технологии и способы энергосбережения. 2008. https://ria.ru/eco/20081205/156573930.html

---