8. Klimats un enerģētika
Klimats un ilgtspējīga attīstība
Redaktori: Māris Kļaviņš un Jānis Zaļoksnis.
Rīga: LU Akadēmiskais apgāds, 2016, lpp
Grāmata “Klimats un ilgtspējīga attīstība” izstrādāta un izdota Eiropas Ekonomikas zonas finanšu instrumenta 2009.–2014. gada perioda programmas “Nacionālā klimata politika” neliela apjoma grantu shēmas projektu “Kapacitātes celšana pētījumiem un pasākumiem sabiedrības zināšanu uzlabošanai par klimata pārmaiņām un to radītajām sekām” projekta “Klimata pārmaiņu izglītība visiem” ietvaros.
8.3. Atjaunojamo energoresursu tehnoloģijas
8.3.6. Atjaunojamās elektroenerģijas avotu darbības režīmi
Atjaunojamās enerģijas avotu darbības režīmu raksturo to pieejamība laikā, tāpēc svarīgi ir izzināt ne tikai katra avota potenciālu, bet arī tā iespējamo darbību. Ņemot vērā šo aspektu, ir izšķirami trīs veidu elektroenerģijas ieguves avoti.
8.19. att. Atjaunojamās enerģijas avoti.
Pirmo grupu pārstāv biomasas (arī biogāzes) koģenerācijas stacijas, kuras elektrosistēmā var darboties nepārtraukti. Šajā grupā ietilpst arī ģeotermālās elektrostacijas.
Otro grupu pārstāv Saules un vēja enerģijas avoti, kā arī viļņu, paisuma un bēguma elektrostacijas. Tomēr šie energoavoti nespēj nodrošināt elektrosistēmā nepieciešamo elektroenerģijas apjomu. Periodiskas darbības elektroenerģijas avoti ir atkarīgi no resursa pieejamības diennakts, nedēļas, mēneša un gada griezumā.
Trešo grupu pārstāv elektroenerģijas avoti, kurus ir iespējams ātri ieslēgt un izslēgt brīžos, kad patērētājam ir nepieciešama papildu elektroenerģija, lai nosegtu elektrosistēmā trūkstošo elektroenerģiju. Šīs grupas elektroenerģijas avoti ir HES, kas labi papildina elektroapgādes sistēmas darbības stabilitāti un drošumu, maksimāli integrējot otrās grupas energoavotu saražoto elektroenerģiju.
Ceturtais tehnoloģiskais risinājums atjaunojamo energoresursu integrēšanai valsts vai reģiona energobilancē ir otrās grupas neregulāro energoavotu pārpalikuma elektroenerģijas uzkrāšana. Tas ir īpaši svarīgi, lai palielinātu vēja un Saules elektroenerģijas izmantošanu, kas nenoliedzami ir apkārtējai videi draudzīgs enerģijas avots, jo samazina ietekmi uz klimata pārmaiņām.
Tāpēc, lai pilnvērtīgi un lietderīgi izmantotu Saules un vēja enerģijas potenciālu, ir jāattīsta iegūtās vēja un Saules elektroenerģijas akumulācijas tehnoloģijas. Elektroenerģijas uzkrāšanas sistēma ir klimata tehnoloģija, kas ļauj palielināt atjaunojamo energoresursu īpatsvaru. Nepastāvīgās atjaunojamās enerģijas uzglabāšana padara elektroenerģijas patērētāju mazāk atkarīgu no laika apstākļiem, ļauj pārdot elektroenerģiju par izdevīgāku cenu, kā arī palīdz optimizēt ierobežoto tīklu jaudu. Tādējādi palielinās iespēja integrēt vēja un saules elektroenerģiju iekšējā tirgū pašu valstī un eksportēt to.
Tehnoloģijas, kas nodrošina saražotās elektroenerģijas akumulāciju, ir atšķirīgas. Plašāk izmantotās akumulācijas iekārtas ir dažādu veidu akumulatori, taču tie nav domāti lielu enerģijas daudzumu uzkrāšanai. Šīs tehnoloģijas vairāk domātas izmantošanai nelielās mājsaimniecībās, nevis lielās elektrostacijās. Lielu enerģijas daudzuma akumulācijai izmanto saspiestā gaisa tehnoloģijas, ūdeņraža sistēmas un citas enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijas.
8.20. att. Saules un vēja elektroenerģijas uzkrāšanas shēma ar biometāna ražošanu.
1 – saules paneļi, 2 – vēja ģeneratori, 3 – elektrolīzes iekārta, 4 – bioreaktora substrāta pievads, 5 – bioreaktors, 6 – digestāta uzglabāšanas tvertne, 7 – biogāzes pievads, 8 – biometāna ražošanas iekārta, 9 – ūdeņraža pievads, 10 – biometāna uzglabāšanas rezervuārs, 11 – skābekļa izvads.
RTU Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta darbinieku zinātniskā izpēte un inovācijas ir vērstas vienā no neregulāru atjaunojamo energoresursu elektroenerģijas avotu ūdeņraža akumulācijas virzieniem. Izstrādāta un modelēta shēma ūdeņraža izmantošanai biometāna ražošanas akumulācijas sistēmas izveidei. Vēja un Saules elektroenerģijas ūdeņraža – biometāna akumulācijas principiālā shēma ilustrēta 8.20. attēlā.
Neregulāras elektroenerģijas ūdeņraža – biometāna akumulācijas sistēmas sastāvā ietilpst vairāki elementi.
1. Saules paneļi, kas ir neregulārs elektroenerģijas avots.
2. Vēja ģeneratori, kas arī ir neregulārs elektroenerģijas avots.
3. Elektrolīzes iekārta ūdeņraža ražošanai, izmantojot elektroenerģiju.
4. Bioreaktora substrāta pievads – substrāts biogāzes ražošanas procesā var būt lauksaimniecības atkritumi, kūtsmēsli, aļģes vai kāda cita biomasa.
5. Bioreaktors – biogāzes ražošana notiek anaerobos apstākļos, kur tiek nodrošināta konstanta temperatūra, un biogāzes ražošanas gala produkti ir metāns un CO2.
6. Digestāta uzglabāšanas tvertne.
7. Biometāna ražošanas iekārtas biogāzes (metāns un CO2) pievads;
8. Biometāna iekārta – biogāzi pēc bioreaktora ievada biometāna iekārtā, kurā ievada arī ūdeņradi, lai palielinātu metāna koncentrāciju biogāzē un samazinātu CO2 koncentrāciju.
9. Biometāna iekārtas ūdeņraža pievads.
10. Biometāna uzglabāšanas rezervuārs.
11. Skābekļa izvads no elektrolīzes iekārtas.
Periodiskas atjaunojamo energoresursu elektroenerģijas ūdeņraža-biometāna akumulācijas shēmā ieslēgtās biogāzes stacijās biogāzi ražo, izmantojot dažādus bioresursus. No substrāta sastāva un procesa bioreaktorā ir atkarīga biogāzes sastāvā esošā metāna koncentrācija. CH4 koncentrācija ir plašā diapazonā no 50 līdz 70%. Biogāzes stacijās ražotās biogāzes kvalitātes uzlabošanai izmanto ūdeņradi, ko iegūst ar Saules vai vēja elektroenerģiju. Biogāzes staciju šajā gadījumā papildina ar elektrolīzes iekārtu un biometāna reaktoru. Sabalansētu un sistēmas elementos īstenotu procesu rezultātā ir iespējams no oglekļa dioksīda un ūdeņraža iegūt metānu, tādējādi paaugstinot CH4 koncentrāciju biogāzē.
CO2 + 2H2 = CH4 + O2
Šī it kā vienkāršā ķīmiskā reakcija vienlaikus ir jāvērtē kā nākotnes klimata tehnoloģiju reakcija, jo tā demonstrē siltumnīcefekta gāzu emisiju lietojuma iespējas.