Что такое альтернативные источники энергии: разновидности

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

  • Солнечный свет
  • Водные потоки
  • Ветер
  • Приливы
  • Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop .

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
  • Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

  • Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

  • Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
  • Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
  • Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
  • Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Альтернативные источники энергии

Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.

Что это такое

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд.

К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения.

Виды альтернативной энергетики

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.

Энергия солнца

Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.

Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.

Основой тепловых установок – служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.

Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Читайте также:  Солнечная батарея для дачи комплект - выбираем вместе!

Энергия ветра

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор.Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).

Сила воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.

К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.

Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Тепло земли

Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.

Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.

Тепловые насосы различаются по мощности и своей конструкции, зависящей от первичного источника энергии, определяющей их тип, это системы: «грунт-вода» и «вода-вода», «воздух-вода» и «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух», «фреон-вода» и «фреон-воздух».

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.

Твердые виды биотоплива – это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.

Плюсы и минусы использования

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.

Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плюсы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:

  • Плюсами использования являются:
  • Возобновляемость альтернативных источников энергии;
  • Экологическая безопасность;
  • Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
  • Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
  • Минусы использования:
  • Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
  • Низкий КПД установок;
  • Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
  • Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

Альтернативные источники энергии в России

В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

В разных регионах страны получили развитие разные виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением и возможностью использования того или иного первичного источника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

В промышленных масштабах, данный вид энергетики, также присутствует в нашей стране.

Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт, из них наиболее крупными являются:

  • Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
  • Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
  • На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

На стадии разработки проектной документации и различных этапах строительства, находятся более 50 объектов солнечной генерации, расположенных в различных регионах, от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветровые энергетические установки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, также существуют на территории нашей страны, хотя их доля, в общей мощности энергетической системы, значительно ниже, чем солнечных электростанций.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет немногим больше 100,0 МВт, из них наиболее мощные, это:

  • Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
  • Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

На стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки, общей мощностью более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Этот вид альтернативной энергетики наиболее распространен на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20,0 % от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Суммарная установленная мощность гидроэлектростанций, на начало 2017 года, составляет 48085,94 МВт, а их количество – 191объект генерации, различной мощности и конструкции.

Энергию приливов также используют в нашей стране, для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция, которая в 2007 году была реконструирована и в настоящее время, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт.

В настоящее время ведется разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом (Мезенская) морях.

Геотермальная энергетика

Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке.

В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание.

Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Использование для частного дома

Использование альтернативных источников для отопления загородного дома или дачи, а также для его электроснабжения, может быть осуществлено достаточно успешно. В этом случае все зависит от региона проживания пользователя и места расположения объекта потребления энергии.

Способность вырабатывать электрический ток солнечными станциями и ветровыми установками зависит от активности солнца и скорости ветра в месте их размещения, а также прочих погодных явлений, характеризующих этот регион.

Устройство микро ГЭС возможно только при наличии вблизи объекта потребления реки или иного водоема, а геотермальной станции – при присутствии близко расположенных к поверхности земли геотермальных вод.

Биотопливо в виде дров и продуктов отходов деревопереработки, возможно в регионах страны богатых лесами, с развитой промышленностью данного направления.

Получение биогаза и жидкого топлива – доступно там, где большие территории отведены под выращивание сельскохозяйственных культур, что позволяет иметь большой запас биомассы, используемой для производства этих видов топлива.

Можно ли сделать своими руками в домашних условиях

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:

  • Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
  • Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
  • Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
  • Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Потребление электроэнергии в мире постоянно возрастает. Внедряются энергосберегающие технологии, однако одновременно растет количество приборов и цифровых устройств. При этом запасы горючих ископаемых уменьшаются.

Получение энергии путем сжигания вредит окружающее среде за счет выбросов продуктов сгорания и выделяемого тепла. Альтернативная энергетика лишена многих проблем традиционных способов получения энергии.

Что такое альтернативная энергетика?

Само название альтернативной энергетики говорит, что это энергетика, которая отличается от традиционной. В традиционной энергетике используются такие ресурсы, которые невозможно восполнить, и когда-нибудь они закончатся. Альтернативная энергетика – это комплекс мер получения, передачи и использования энергии возобновляемых природных ресурсов.

Россия отстает от многих стран мира по применению альтернативных источников. Основная причина – большие запасы ископаемого топлива. Пока доля возобновляемых источников в энергетике страны мала, но каждый год вводятся в эксплуатацию новые электростанции, работающие на альтернативной энергии:

  • солнечной;
  • ветровой;
  • приливной;
  • геотермальной и других.

Развитие альтернативной энергетики

Использование «зеленой» энергии считается новым методом, но попытки применения возобновляемых ресурсов в энергетике ведут историю с 18 века:

  1. В 1737-1753 французский математик Бернар Форест де Белидор написал трактат «Гидравлическая архитектура». В нем содержится 200 чертежей гидотехнических сооружений, описана идея создания «солнечного насоса».
  2. В 1846 г. Построена первая ветроустановка по проекту Поля ла Круа.
  3. 1861 г. – запатентовано изобретение солнечной электростанции.
  4. 1881 г. – построена первая ГЭС на Ниагарском водопаде.
  5. 1913 г. – под руководством итальянского инженера Пьеро Джинори Конти построена первая геотермальная ЭС.
  6. 1931 г. – первая промышленная ветровая станция в Крыму.
  7. 1966 г. – во Франции запустили первую электростанцию, работающей на энергии волн.

Нефтяной кризис 1973 года дал новый стимул развитию возобновляемой энергетики. Ряд аварий на электростанциях на рубеже веков повысил интерес инженеров к «зеленым» источникам.

Плюсы и минусы использования

Не существует идеального энергоресурса, у каждого вида есть свои преимущества и недостатки. Плюсы альтернативных источников:

  • возобновляемость: солнце, ветер, приливы, круговорот воды не закончатся миллиарды лет;
  • относительная экологическая безопасность;
  • низкая себестоимость электроэнергии.

Альтернативная энергетика не лишена недостатков, к которым относятся:

  • невысокий КПД установок, в среднем 10-20%;
  • низкая мощность генераторов, за исключением ГЭС;
  • зависимость от погоды;
  • дорогое строительство и монтаж установок.

Виды альтернативной энергетики

Альтернативная энергетика включает в себя несколько видов. Тип источника энергии определяет способы получения электричества и тепла, а также конструкцию и требования к расположению генерирующих установок.

Солнечная энергетика

Гелиоэнергетика основана на получении энергии из солнечного излучения. Выработка электричества основана на фотоэлектрическом эффекте: совокупности процессов, происходящих в полупроводниках под воздействием света. Солнечные батареи применяют и на промышленных электростанциях, ив частном порядке. Гелиоэнергетика имеет свои плюсы и минусы. Достоинства:

  • доступность и неисчерпаемость источника энергии;
  • полная безопасность для окружающей среды в процессе эксплуатации.

Но есть и недостатки:

  • зависимость от погоды, времени суток и сезона;
  • высокая стоимость оборудования;
  • необходимость дублирования другим источником энергии или накопления в аккумуляторах;
  • сложность производства и утилизации солнечных батарей, связанная с присутствием в них ядовитых веществ;
  • задействование больших площадей для размещения фотоэлементов;
  • необходимость очистки поверхностей батарей от загрязнений.

Несмотря на сложности, совокупная мощность солнечных установок в мире растет на 40-60% в год. Она превышает 1% от всего мирового энергопотребления.

Разновидность солнечной энергетики – гелиотермальная. Она применяется для преобразования солнечной радиации в тепло воды или другого энергоносителя. Гелиотермальная установка представляет собой вогнутое зеркало, которое концентрирует солнечные лучи и направляет на резервуар с жидкостью. При кипении воды паровой генератор преобразует энергию испарения в электрическую. Этот способ применяется и для бытового нагрева воды.

В России в 2016 году фотоэлементы выдавали общую мощность 60 МВт, в 2018 – 534 МВт, а в 2019 – уже 834 МВт. Самые мощные СЭС расположены в Крыму, средние – в других южных регионах: Астраханской, Самарской, Оренбургской областях, Республике Алтай.

Ветровая энергетика

Применение энергии ветра в России осложняется тем, что большая часть мест с сильными ветрами находится в труднодоступных районах Крайнего Севера. Доля ветровых станций в энергобалансе страны невелика, общая мощность станций составляет 200 МВт.

Наиболее мощные ветроэлектростанции построены в Адыгее, Ульяновской области и в Крыму. В стадии проектирования и строительства находятся станции с общей мощностью 2,5 ГВт. Энергия ветра – чистая и возобновляемая. При подключении ветровых турбин к общей электросети страны безветренная погода не вызывает перебоев электроснабжения. В автономном режиме к ветрогенераторам подключают мощные аккумуляторы, чтобы накопить энергию для безветренных периодов.

Гидроэнергетика

Гидроэлектростанции используют возобновляемый источник энергии, но относятся скорее к традиционным видам энергетики. К альтернативной энергетике причисляют ГЭС малой мощности. В России гидроэлектростанции строятся с конца 19 века, и в наше время дают пятую часть электроэнергии.

Читайте также:  Кран Маевского: принцип работы, виды и правильная установка

Общая мощность всех российских ГЭС превышает 48 ГВт. Принцип работы знаком каждому со школьной скамьи: вода из водохранилища под напором поступает на лопасти турбины, которая приводит в действие генератор. Строительство ГЭС осложняется затоплением больших площадей земли, включающих леса, поля, населенные пункты. Аварии на гидроэлектростанциях приводят к катастрофическим последствиям.

К видам гидроэнергетики относятся энергоустановки, работающие на энергии волн и приливов. Электростанции таких типов строятся на берегах морей. В Мурманской области экспериментальная приливная электростанция действует с 1968 года. Несколько подобных станций находится на этапе проектирования.

В мире разрабатываются и тестируются новые методы получения энергии из вод: конденсация влаги из атмосферы и температурный градиент морской воды.

Геотермальная энергетика

Геотермальные электростанции используют энергию недр Земли. Термальные воды применяют не только для выработки электричества, но и для отопления, горячего водоснабжения. Недостаток этого источника энергии в том, что для достижения достаточно горячей воды приходится бурить скважину глубиной несколько километров.

Сложно и само глубинное бурение, и закачка отработанной воды обратно в водоносный горизонт. Это экономически нецелесообразно, поэтому термальные станции строят в местах с вулканической активностью. Выход термальных источников на поверхность дает воду с температурой выше кипения, что обеспечивает высокий КПД электрогенераторов.

Энергия земных недр практически неисчерпаема: ядро остывает на 1 градус за несколько миллионов лет. При этом высвобождается тепло, в тысячи раз превышающее запас энергии во всем известном ископаемом топливе. Геотермальные станции есть в Краснодарском крае и на Курилах, а на Камчатке около 40% электроэнергии имеет геотермальное происхождение.

Биотопливо

Часть биомассы относится к традиционным источникам энергии, например, древесина, опилки. Под альтернативными источниками подразумеваются отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности: навоз, свекольный жом, растительные жиры, отбросы рыбопереработки, водоросли.

Топливо на основе биологических отходов бывает в жидком, твердом и газообразном состоянии. Биогаз получается расщеплением отходов тремя видами бактерий. КПД газовых турбин достигает 93%, что намного превышает этот показатель у других видов котлов.

Транспортировка биомассы невыгодна, поэтому энергоустановки размещают в аграрных регионах вблизи источников сырья. Их мощность относительно невелика. Ученые открывают все новые способы получения биотоплива, что решает и энергетическую проблему, и вопрос утилизации сельскохозяйственных отходов.

Управляемый синтез тяжелых атомных ядер из более легких – перспективное направление альтернативной энергетики. Исследования этого вида энергетики ведутся с 1950-х годов. Предположительно, рентабельные модели термоядерных электростанций появятся к середине 21 века.

Россия участвует в международном проекте ITER, в рамках которого впервые удалось осуществить безубыточный термоядерный синтез. Сырьем выступает водород, который получают из морской воды. При слиянии ядер нет выбросов продуктов сгорания во внешнюю среду.

В отношении радиации реактор термоядерного синтеза гораздо безопаснее ядерного реактора. Когда вырабатываемая энергия существенно превысит ту, которая затрачивается на дополнительные процессы, термоядерный синтез обеспечит электричеством все человечество.

Мировое использование различных видов альтернативных источников энергии

В наше время гидроэнергетика имеет наибольшую мощность из всех видов энергетики на возобновляемых ресурсах. Некоторые страны из-за особенностей природных условий сместили вектор развития на солнечные и ветровые энергоустановки. Мировые лидеры по доле энергии ветра в общем энергобалансе страны:

  • Дания – 42%;
  • Португалия – 27%;
  • Никарагуа – 21%;
  • Испания – 20%.

В 2014 году в Дании ветроустановки производили 39% от всего электричества, в 2015 году – уже 42%, и доля ветровой энергии продолжает расти.

Рост альтернативной энергетики в Европе достигается за счет ветровых, солнечных и биотопливных энегоустановок. Опережают среднемировые показатели по переходу на «зеленую» энергию США, Китай, Австралия, Германия и страны из предыдущего списка.

В 2010 году 4,9% всей мировой электроэнергии составляла энергия альтернативных источников. В 2018 году доля «зеленой» энергии достигла 8,4%. При подсчете не учитывались крупные ГЭС. По прогнозам, к 2030 году доля альтернативной энергетики составит 35% всего мирового энергопотребления.

Состояние альтернативной энергетики в России

По сравнению со странами ЕЭС, Россия отстает во внедрении альтернативной энергетики. Разработки СССР были заброшены в 90-е годы из-за распада страны. Новые исследования получают недостаточное практическое применение. Развитие альтернативной энергетики в России сдерживается относительной доступностью традиционного топлива.

Немаловажную роль играет сложность в финансировании разработки и строительства новых объектов, когда можно получать энергию на действующих электростанциях. Дорогой кредит также сдерживает инвестиции в новые проекты. Сказывается и нехватка кадров с опытом работы в этой сфере. Несмотря на проблемы российской альтернативной энергетики, ее доля в энергобалансе страны увеличивается. В перспективе энергия ветра может обеспечивать до 10% энергопотребления страны.

Применение и перспективы развития различных видов альтернативных источников энергии

Жители частных домов охотнее покупают и устанавливают солнечные батареи, если государство покупает у них лишнюю энергию. Фотоэлементы монтируются на крыше, так они не требуют дополнительной площади. При подключении к общей энергосистеме в темное время суток жители пользуются входящей электроэнергией, за которую платят поставщику электричества.

Днем, во время работы солнечных батарей, энергопотребление в домах снижается, а на предприятиях – растет, поэтому образуется излишек электроэнергии. Электросчетчики могу считать электричество в обе стороны, но в России опция учета исходящей энергии у счетчиков отключена. Альтернативная энергетика в Германии и Нидерландах развивается быстрее отчасти благодаря возможности продавать пиковый излишек электричества государству. Техническая сторона несложна, дело за законодательной базой.

Размеры России способствуют развитию нетрадиционных видов энергетики. Когда на Дальнем Востоке наступает ночь, в европейской части страны еще светло. При подключении солнечных электростанций к общей энергосистеме выработка электричества фотоэлементами в среднем по стране выравнивается в течение суток.

Когда на севере страны безветренная погода, достаточно сильный ветер может быть в восточной части или на юге. В то же время, в стране есть множество труднодоступных мест, в которые сложно протянуть линию электропередач. Удаленные районы целесообразно обеспечить энергией из альтернативных источников. Несмотря на нынешнее отставание, будущее у альтернативной энергетики в России определенно есть.

Факторы, ускоряющие внедрение нетрадиционных энергоресурсов

Из-за истощения запасов топливных энергоресурсов переход на нетрадиционную энергетику неизбежен. Прочие предпосылки развития альтернативной энергетики в мире:

  • сокращение сроков окупаемости альтернативных энергоустановок;
  • социальная напряженность, вызванная ростом плотности населения и ухудшением экологической обстановки;
  • постоянно возрастающая сложность добычи ископаемого топлива;
  • престижность лидерства в освоении альтернативной энергетики.

Альтернативные источники энергии уже сейчас в лидирующих странах не уступают традиционным. В будущем и в нашей стране они из экзотики превратятся в привычную реальность.

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Читайте также:  Энергосберегающие лампы: виды и цена, сравнение эффективности

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Альтернативная энергетика: типы, роль, плюсы и минусы нетрадиционных источников энергии

Альтернативные, или нетрадиционные источники энергии – это ресурсы природы, которые можно использовать для получения электричества. Сюда относятся солнце, ветер, и даже энергия земли, биомасс, сточных вод и отходов. По прогнозам, с помощью биогенного горючего можно получать до 49% электроэнергии, а также 16-22% – от энергии ветра и воды.

Виды, преимущества и недостатки разных альтернативных источников энергии

У каждого типа нетрадиционной энергетики есть свои плюсы и минусы, а также особенности организации процесса для получения электричества.

Солнечная энергия

Преобразование энергии солнца происходит с помощью особых технологий. Сложность обработки солнечной энергии выступает в качестве недостатка этого источника:

  • излучение имеет низкую плотность и непостоянно, поэтому существующие технологии имеют ряд ограничений;
  • в некоторых странах из-за низкого уровня солнечного излучения реализовать методику нецелесообразно.

Среди преимуществ можно выделить абсолютную экологическую безопасность солнечной энергии и отсутствие вмешательства в геологию Земли.

На солнечной энергии работают космические станции и спутники. Широкое распространение получили солнечные панели в некоторых странах – ими оснащают крыши домов.

Геотермальная энергетика

Геотермальный метод получения энергии построен на принципе преобразования тепла мантии и ядра Земли (чаще всего источником служат пароводяные резервы). Преобразование природного пара – процесс трудоемкий, так как требуется строительство труб и турбин, проводящих его с глубины от 2-3 км. Однако стоимость электроэнергии на выходе получается не слишком высокой.

Недостаток метода – вероятность оседания грунта и повышения сейсмической активности, поэтому в опасных районах этот источник альтернативной энергии неприменим.

Ветровая энергетика

Для реализации метода требуется ветряная электростанция. Одно из преимуществ такого источника энергии – это дешевое оснащение. Но недостаток – сильная зависимость от погодных условий, требуется постоянный контроль состояния. А еще ветровые электростанции могут создавать помехи для радиоволн.

Важно! Обширное использование ветряных электростанций может стать причиной недостаточной вентиляции промышленных районов, что приведет к ухудшению экологической обстановки.

Также для ветряных станций требуются большие площади, поэтому реализация в густонаселенных регионах затруднена. Однако ветряные источники энергии используются в некоторых странах Европы и Америки для снабжения небольших поселений.

Волновая энергетика

В этом способе для получения электричества используется энергия волн. В отличие от альтернативных источников, описанных выше, волновая энергия отличается большей ударной мощностью. Это самый многообещающий способ получения энергии в перспективе освоения океанов.

Важно! Все виды естественной энергии – ветер, солнце, волны – относятся к возобновляемым источникам.

Самый яркий пример традиционного использования волновой энергии – гидроэлектростанции, но он не единственный. Целесообразно строительство волновых станций в районах с мощными приливами (колебание больше 4 м).

Среди недостатков можно выделить небольшую мощность, строительство только возле побережья, а также цикличность работы – всего 2 раза в сутки. Экологическая безопасность такого способа получения энергии под вопросом, ведь станции нарушают баланс соленой и пресной воды, что несет угрозу морской жизни.

Новейшая технология получения энергии волновым путем – аэро ГЭС. Они работают по принципу конденсации влаги из атмосферы, однако до внедрения этой технологии в жизнь еще далеко.

Градиент-температурная энергетика

В основе этого метода лежит баланс температур. Для строительства станций требуется морское побережье. Поглощая до 70% солнечной энергии, мировой океан становится отличным источником температурных ресурсов. Однако нагрев и выделение углекислой кислоты при обработке морской воды нарушают экологическую обстановку. Среди преимуществ можно выделить только то, что ресурс крайне обширен.

Биомассовая энергетика

Под этим понятием скрывается процесс гниения биологических отходов и ресурсов – в результате выделяется биологический газ с большим содержанием метана. Его можно использовать для обогрева помещений и выработки электричества.

Больше всего такой источник энергии используется в сельскохозяйственных предприятиях. Это безотходное производство, так как гниющие продукты потом используются для удобрения. Кроме растений и навоза, можно использовать быстрорастущие водоросли.

Главный недостаток теплового источника – КПД не превышает 6% и для обеспечения нужд мегаполиса энергией такой метод не подойдет.

Энергия молнии

Один из самых новых альтернативных методов получения электричества – сбор энергии молний, попадающих в землю. Пока что проект находится на стадии разработки – установки для улавливания молнии еще не готовы.

Это дорогостоящий, но окупающийся метод, ведь 1 молния способна обеспечить целый район крупного города энергией на некоторое время. Но уже сейчас можно выделить главный недостаток – зависимость от частоты гроз.

Роль и значение альтернативной энергетики

Поиск альтернативных источников энергии – одна из самых актуальных задач, так как человечество чудовищными темпами поглощает газ, нефть и другие виды топлива, чтобы производить энергию. Научная «мечта» – получение альтернативы электричеству, но она пока что недостижима. Кризис топливных ресурсов неизбежен, и нетрадиционные источники энергии должны помочь предотвратить его.

Альтернативные источники энергии в России

В России в разных регионах интегрируется практическое использования следующих альтернативных источников энергии:

  • Солнечная энергия. Самая большая трудность – это законодательное и финансовое обеспечение станций, собирающих солнечную энергию. Наибольший потенциал такого способа получения энергии сосредоточен в южных регионах, а также на севере – в Якутии и Магаданской области.
  • Гидроэнергетика. ГЭС после АЭС занимают 2 место по способам производства электроэнергии, и перспективы у этого метода достаточно большие.
  • Геотермальная энергетика. Геотермальные ресурсы России в 10 раз богаче, чем залежи нереализованного угля. Самый перспективный край – Камчатка, где на глубине чуть больше 3 км заложен пар температурой 200 градусов. Большим потенциалом также обладает Кавказ и Краснодарский край.
  • Биогаз. Активно развивающаяся отрасль энергетики, востребованная в России. Есть даже предприятия, которые начали производство установок.
  • Приливная энергетика. Наиболее перспективны города, расположенные на побережье.
  • Ветроэнергетика. На территории России ветрогенные установки используются со времен СССР: на территории Калининграда, в заполярье, Башкортостане и Чувашии. Потенциал у этого метода в РФ обширен, поэтому ветроэнергетика активно развивается.

Альтернативные источники энергии – один из вопросов сохранения окружающей среды и ресурсов планеты, который изучается тысячами специалистов. Каждый день ищутся новые решения и разрабатываются методы для получения энергии из ветра, солнца, воды. Но сфера изучена недостаточно и многие задачи только предстоит решить.

Альтернативные виды энергии

Дата публикации: 28 августа 2018

Энергия – очень важная часть жизни человека. Без энергии невозможно существование, как человеческого организма, так и любого прибора, существующего на Земле. Поэтому во все времена люди пытались отыскать источники энергии, способные обеспечить все производственные потребности.

Потребности населения с каждым днем растут, исходя из этого, необходимы новые, более энергоемкие ресурсы, способные удовлетворить запросы людей. Если ранее угля и нефти было вполне достаточно, то в нынешнее время запасы порядком истощились, а потребность только растет с каждым днем. Поэтому сейчас активно разрабатываются новые альтернативные виды энергии.

Возможности альтернативных видов энергии– способны ли они обеспечить комфортное существование человека?

Альтернативная энергетика давно перешла из разряда научной фантастики в широко применяющийся формат организации энергоснабжения многих предприятий и населенных пунктов. Исследования и разработки не проходят зря. И если еще пару десятков лет назад виды альтернативных источников энергии ограничивались ветряными электростанциями и использованием солнечных батарей, то сейчас этот список расширился и значительно дополнился.

Какие виды альтернативных источников энергии существуют на данный момент?

  • Гелиоэнергетика.

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно, и сейчас вряд ли кого-то можно поистине ими удивить. В нынешнее время подобный источник энергии активно применяется во многих сферах. Его используют как в промышленных целях, так и для обеспечения энергоснабжения на частных участках. Конструкция и принцип работы такого оборудования достаточно прост. При этом его стоимость все же не позволяет использовать подобный вид автономного обеспечения энергией любому человеку.

Для продуктивной работы солнечных батарей очень важен климат. Местность, на которой подразумевается установка данной системы, должна отличаться большим количеством теплых солнечных дней в году. Установка подобного оснащения в дождливых и более холодных районах будет менее целесообразной.

Еще одним достаточно популярным видом альтернативного источника энергии является ветер. Наиболее выгодно располагать подобные электростанции в сельских районах, в районе полей, на равнинах. Механическая энергия ветра преобразуется специальными генераторами в электроэнергию. Лопасти ветряков вращаются, получая энергию ветра, после чего она перерабатывается в используемое нами электричество.

Цена данного оборудования также не является общедоступной, будучи достаточно высокой. Тем не менее, необходимые климатические условия встречаются на большей местности и являются более приемлемыми.

  • Энергия геотермальных источников.

Данный вид энергоснабжения менее популярен, чем предыдущие. Это обусловлено тем, что горячие источники встречаются достаточно редко, и их не так много. Тем не менее, подобный ресурс также имеет место быть. Принцип работы оснащения для получения такой энергии заключается в том, что турбины приводятся в движение паром, после чего начинают функционировать электрогенераторы.

  • Энергия приливов и отливов.

В местности, где есть выход к морю или океану достаточно часто успешно используется энергия воды. Механическая сила воды во время приливов и отливов заставляет вращаться специальные турбины, установленные на станции. Таким образом, она преобразуется в электроэнергию.

Электростанции подобного типа не так распространены. Не всегда их окупаемость достаточно высока, поэтому их эффективность порой не приносит реальной выгоды.

Реакция водорода также может быть видом альтернативного источника энергии. Во время этого процесса может выделяться вода и тепло, а также образовываться электричество. При этом, данный способ получения энергии является экологически чистым и обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Любые научные разработки и исследования в основном направлены на улучшение жизни людей. Одним из таких направлений, способных значительно изменить существование человека, является развитие энергетики будущего. Поэтому процесс поиска и введение в эксплуатацию новых способов получения энергии очень важен для развития общества.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Добавить комментарий