МОСКВА, 19 дек — ПРАЙМ. Использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) человечество стало раньше, чем научилось добывать уголь, нефть и газ. Однако со временем потребление энергии росло — человеку индустриального общества требовалось уже в 100 раз больше энергии, чем в первобытную эпоху. И тогда обеспечить стабильную поставку таких мощностей стало возможным благодаря сжиганию ископаемого топлива.
Сейчас человечество снова задумалось об использовании альтернативных источников энергии, так как запасы нефти и газа исчерпаемы, а их использование наносит большой вред окружающей среде, но уже на совершенно другом уровне. Ведь перемолоть муку на ветряной мельнице или обеспечить электроэнергией целый город с помощью ветрогенераторов — задачи разного масштаба.
К основным видам ВИЭ сегодня относят гидроэнергетику, ветроэнергетику, гелиоэнергетику. В некоторых местах можно развивать волновую и геотермальную энергетику.
Что не так с АЛЬТЕРНАТИВНОЙ энергией? | Дмитрий Побединский
САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ВИЭ
Гидроэнергетика — самый распространенный способ добычи энергии из неисчерпаемого источника, теоретический потенциал которого оценивается в 30-40 ТВт · ч в год. Для ее работы необходимо построить плотину, разместить турбины, которые будет крутить вода. Явным преимуществом является стабильность выработки энергии и возможность ее контролировать, изменяя скорость потока воды. Среди недостатков — резкое изменение уровня воды в искусственных водохранилищах, нарушение нерестового цикла рыб и снижение количества кислорода в воде, что вредит флоре и фауне водоема.
Еще один перспективный источник — ветроэнергетика. Для добычи энергии таким способом необходимо установить специальные турбины, которые будет вращать ветер, за счет чего будет вырабатываться электричество. Ветряные турбины легко и дешево обслуживать, они не занимают много места, вращаются на высоте от 100 м, то есть, под ними можно, например, вести сельскохозяйственную деятельность.
Иногда ветроэлектростанции (ВЭС) строят прямо в море. Такой проект в 2017 году разработали Дания, Нидерланды и Германия. Они собираются к 2050 году соорудить в море остров площадью 6 кв. км и разместить на нем турбины. Планируется, что такая станция сможет вырабатывать до 30 ГВт · ч в год энергии, а в перспективе — до 100 ГВт · ч в год.
Однако у этого источника дешевой и чистой энергии есть несколько существенных недостатков — нестабильность и зависимость от места размещения. Ветер дует не везде и не всегда. А в местах, где ветер дует часто и с большой силой, как правило, не располагаются населенные пункты. Это повышает расходы на строительство линий электропередач и транспортировку энергии. Поэтому ветроэнергетика хороша именно как дополнительный источник энергии.
Альтернатива ВЭС — солнечные электростанции (СЭС), которые могут работать по нескольким принципам. В одном случае с помощью сфокусированных солнечных лучей нагревают резервуар с водой (температура пара в нем может доходить до 7000С), в другом — используются фотобатареи. Второй тип гораздо проще соорудить, устанавливать фотоэлементы можно практически везде, а стоимость их продолжает снижаться с развитием технологии производства.
Главными недостатками СЭС является большая зависимость от места расположения, времени суток и сезона. Например, станция не будет вырабатывать энергию ночью, значительно меньше — в зимнее время года. Полностью обеспечить себя электричеством с помощью СЭС могут даже не все африканские страны. Поэтому солнечная энергетика на данном этапе тоже может служить только в качестве вспомогательного источника.
КАК ИСПОЛЬЗУЮТ ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
В волновой энергетике используются специальные модули, которые качаются на волнах и таким образом приводят в действие специальные поршни. Потенциал этого вида ВИЭ оценивают более чем в 2 ТВт·ч в год. Волновые электростанции защищают берега и набережные от разрушения, уменьшают воздействие на опоры и мосты. При правильной установке они не вредят окружающей среде, к тому же практически незаметны в море.
Среди недостатков — нестабильность (то есть станция вырабатывает меньше энергии во время штиля), шум, незаметность для водного транспорта, из-за чего необходимо дополнительно устанавливать сигнальные элементы.
В некоторых местах устанавливают геотермальные станции (ГеоТЭС). Общий потенциал геотермальной энергии оценивается в 47 ТВт · ч в год, что соответствует выработке примерно 50 тысяч АЭС, но сейчас технологии позволяют получить доступ только к 2% от него — 840 ГВт · ч в год. Чтобы это сделать, роют две скважины, по одной из них подается вода, которая, нагреваясь от тепла земли, превращается в пар. Затем пар по трубе направляется в турбины. На разных этапах происходит его очистка от примесей.
Главное преимущество геотермальной энергетики — стабильность, которую не могут обеспечить многие ВИЭ, и компактность, что удобно для районов со сложным рельефом. С другой стороны, вода, которая проходит через скважины, несет большое количество тяжелых металлов и других вредных веществ. При неправильной эксплуатации станции или при возникновении чрезвычайной ситуации, попадание в атмосферу и в почву этих веществ, может привести к экологической катастрофе локального масштаба.
Кроме того, стоимость энергии ГеоТЭС выше, чем у ВЭС и СЭС, а мощность довольно невысокая.
Основная проблема практически всех перечисленных выше источников заключается в их нестабильности. Современные аккумуляторы не позволяют накапливать такое количество энергии, чтобы без потерь мощности использовать ее в ночное время или во время штиля. Один из вариантов — во время пиковых нагрузок поднимать воду в верхнюю часть водохранилища и потом во время затишья использовать ее для выработки энергии на ГЭС.
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ В РОССИИ И В МИРЕ
На данный момент использование ВИЭ активно развивается в Европе, где страны вынуждены закупать топливо для работы традиционных электростанций. Но, по мнению некоторых экспертов, в развитии альтернативной энергетики заинтересованы и государства, чья экономика зависит от экспорта нефти и газа. Ведь если в некоторых регионах использовать ВИЭ вместо газа, это топливное сырье можно будет отправить на экспорт.
Тем не менее, в России этот сектор энергетики развивается очень медленно. По данным аналитической компании Enerdata, в Норвегии около 97% электроэнергии добывается из альтернативных источников с учетом гидроэнергетики, около 80% — в Новой Зеландии и Бразилии. В Европе 30-40% энергии ВИЭ вырабатывается в Германии, Италии, Испании и Великобритании. В России этот показатель составляет всего 17,2%, из них доля СЭС и ВЭС — менее 1%.
Источник: 1prime.ru
Альтернативная энергетика: за чем будущее?
Сегодня весь мир обеспечен электроэнергией благодаря сжиганию угля и газа (ископаемое топливо), эксплуатации водного потока и управлению ядерной реакцией. Эти подходы достаточно эффективны, но в будущем нам придётся от них отказаться, обратившись к такому направлению, как альтернативная энергетика.
Во многом эта необходимость обусловлена тем, что ископаемое топливо ограничено. Кроме того традиционные способы добычи электроэнергии являются одним из факторов загрязнения окружающей среды. Поэтому мир нуждается в «здоровой» альтернативе.
Предлагаем свою версию ТОПа нетрадиционных способов получения энергии, которые в будущем могут стать заменой привычным электростанциям.
7 место. Распределённая энергетика
Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.
Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.
В качестве источников энергии могут использоваться:
- микротурбинные электростанции;
- газотурбинные электростанции;
- паровые котлы;
- солнечные батареи;
- ветряки;
- тепловые насосы и пр.
Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.
Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.
6 место. Грозовая энергетика
Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.
Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.
Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.
5 место. Сжигание возобновляемого топлива
Вместо угля на электростанциях можно сжигать так называемое «биотопливо». Таковым является переработанное растительное и животное сырьё, продукты жизнедеятельности организмов и некоторые промышленные отходы органического происхождения. В качестве примера можно привести обычные дрова, щепу и биодизель, который встречается на заправках.
В энергетической сфере чаще всего применяется древесная щепа. Она собирается при лесозаготовке или на деревообрабатывающем производстве. После измельчения она прессуется в топливные гранулы и в таком виде отправляется на ТЭС.
К 2019 году в Бельгии должно завершиться строительство крупнейшей электростанции, которая будет работать на биотопливе. Согласно прогнозам, она должна будет производить 215 МВт электроэнергии. Этого хватит на 450 000 домов.
Интересный факт! Многие страны практикуют выращивание так называемого «энергетического леса» – деревья и кустарники, наилучшим образом подходящие для энергетических нужд.
Будет ли альтернативная энергетика развиваться в направлении биотоплива пока маловероятно, ведь есть более перспективные решения.
4 место. Приливные и волновые электростанции
Традиционные гидроэлектростанции работают по следующему принципу:
- Напор воды поступает на турбины.
- Турбины начинают вращаться.
- Вращение передаётся на генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.
Строительство ГЭС обходится дороже ТЭС и возможно только в местах с большими запасами энергии воды. Но самая главная проблема – это нанесение вреда экосистемам из-за необходимости строительства плотин.
Приливные электростанции работают по схожему принципу, но используют для выработки энергии силу приливов и отливов.
«Водные» виды альтернативной энергетики включают такое интересное направление, как волновая энергетика. Её суть сводится к генерации электричества посредством использования энергии волн океана, которая гораздо выше приливной. Самой мощной волновой электростанцией на сегодня является Pelamis P-750, которая вырабатывает 2,25 МВт электрической энергии.
Раскачиваясь на волнах, эти огромные конвекторы («змеи») изгибаются, вследствие чего внутри приходят в движение гидравлические поршни. Они прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь вращают электрогенераторы. Полученное электричество доставляется на берег через кабель, который проложен по дну. В перспективе количество конвекторов будет многократно увеличено и станция сможет вырабатывать до 21 МВт.
3 место. Геотермальные станции
Альтернативная энергетика неплохо развита и в геотермальном направлении. Геотермальные станции вырабатывают электричество, фактически преобразуя энергию земли, а точнее — тепловую энергию подземных источников.
Существует несколько типов таких электростанций, но во всех случаях они основываются на одинаковом принципе работы: пар из подземного источника поднимается по скважине и вращает турбину, подключенную к электрогенератору. Сегодня распространена практика, когда в подземный резервуар на большую глубину закачивается вода, там она под воздействием высоких температур испаряется и в виде пара под давлением поступает на турбины.
Лучше всего для целей геотермальной энергетики подходят районы с большим количеством гейзеров и открытых термальных источников, которые разогреваются вследствие вулканической активности.
Так, в Калифорнии работает целый геотермальный комплекс под названием «Гейзеры». Он объединяет 22 станции, вырабатывающие 955 МВт. Источник энергии в данном случае – очаг магмы диаметром 13 км на глубине 6,4 км.
2 место. Ветряные электростанции
Энергия ветра – один из самых популярных и перспективных источников для получения электричества.
Принцип работы ветрогенератора прост:
- под воздействием силы ветра вращаются лопасти;
- вращение передаётся на генератор;
- генератор вырабатывает переменный ток;
- полученная энергия обычно накапливается в аккумуляторах.
Мощность ветрогенератора зависит от размаха лопастей и его высоты. Поэтому их устанавливают на открытых территориях, полях, возвышенностях и в прибрежной зоне. Эффективнее всего работают установки с 3 лопастями и вертикальной осью вращения.
Интересный факт! На самом деле энергия ветра является разновидностью солнечной энергии. Объясняется это тем, что ветры возникают из-за неравномерного прогрева солнечными лучами земной атмосферы и поверхности.
Чтобы сделать ветряк, не нужны глубокие познания в инженерии. Так, многие умельцы смогли себе позволить отключиться от общей электросети и перейти на альтернативную энергетику.
Для производства электричества в промышленных масштабах используются ветровые электростанции, состоящие из множества ветряков. Крупнейшей является электростанция «Альта», расположенная в Калифорнии. Её мощность – 1550 МВт.
1 место. Солнечные электростанции (СЭС)
Наибольшие перспективы имеет солнечная энергетика. Технология преобразования солнечного излучения с помощью фотоэлементов развивается из года в год, становясь всё эффективнее.
Гелиотермальные электростанции также зарекомендовали себя неплохо. Их работа основана на использовании солнечного тепла для нагрева воды и получения пара, который раскручивает электротурбину.
В России солнечная энергетика развита относительно слабо. Однако некоторые регионы показывают отличные результаты в этой отрасли. Взять хотя бы Крым, где функционирует несколько мощных солнечных электростанций.
В будущем возможно может развиваться космическая энергетика. В этом случае СЭС будут строиться не на поверхности земли, а на орбите нашей планеты. Самое главное преимущество такого подхода – фотоэлектрические панели смогут получать гораздо больше солнечного света, т.к. этому не будет препятствовать атмосфера, погода и времена года.
Заключение
Альтернативная энергетика имеет несколько перспективных направлений. Её постепенное развитие рано или поздно приведёт к замещению традиционных способов получения электричества. И совершенно необязательно, что во всём мире будет использоваться только одна из перечисленных технологий. Подробнее об этом смотрите в ролике ниже.
Вы можете отблагодарить автора статьи донатом от 30 руб на Boosty. Этим вы сделаете вклад в популяризацию подобного контента.
Источник: topor.info
Преимущества альтернативной энергетики перед традиционной
С момента промышленной революции 200 лет назад человечество зависело от ископаемого топлива. Мысль о том, что это может измениться и начнет приходить альтернативная энергетика трудно было представить. Однако в воображении сегодняшних физиков, биологов и инженеров формируется альтернативный мир энергии.
В настоящее время разрабатываются планы по прекращению использования ископаемого топлива, и они не предполагают большого самобичевания. Вместо того чтобы запугивать людей, пророки энергетических технологий пытаются соблазнить их. Они обещают мир, в котором на одном уровне все изменится до неузнаваемости, но на другом будет комфортно оставаться прежним и, возможно, даже станет лучше.
На этот раз все серьезно с альтернативной энергией
Альтернативная энергетика звучит как способ получения энергии из альтернативных источников и выход из положения во многих случаях. Ветряные мельницы и солнечные батареи едва ли кажутся способами производства достаточного количества электроэнергии для питания занятого, развивающегося мира, как это делают сейчас печи и паровые турбины.
Автомобили на батарейках пока занимают единицы процентов. Но сторонники новых альтернатив настроены серьезно. Хотя многие заинтересованы в экологических выгодах, их главный мотив-деньги. Они вкладывают свои деньги в идеи, которые, по их мнению, сделают их большие суммы больше.
И для того, чтобы альтернативы могли это сделать, они должны быть одновременно такими же дешевыми, как (или дешевле), и такими же простыми в использовании, как (или проще) то, что они заменяют. Что касается замены нефти, то дешевизна внезапно перестает быть проблемой.
Биотопливо или аккумуляторы, которые будут питать автомобили в альтернативном будущем, должны превзойти бензин по сегодняшним ценам. Конечно, сегодняшние цены-это не завтрашние, цена на нефть может упасть, но так же упадут и цены на биотопливо, поскольку инновации улучшают урожай, производственные процессы и топливо. Электрическая энергия, между тем, останется дешевле бензиновой энергии почти в любом обозримом будущем, и завтрашние электромобили будет так же легко наполнить током из розетки, как сегодняшние бензином из автозаправки. В отличие от автомобилей, работающих на водородных топливных элементах, которые были запущены серийно, автомобили на аккумуляторных батареях не нуждаются в новых трубах для доставки своей энергии. Существующая сеть, усовершенствована для более эффективного использования своих электростанций и должна быть достаточно развитой инфраструктурой.
Главное-это природа этих электростанций.
Стоимость альтернативной энергетики — основа развития
- Ветроэнергетика берет верх над природным газом, который подорожал вместе с нефтью.
- Ветер также приближается к цене на уголь.
- Солнечная энергия отстает на несколько лет, но самые современные системы уже обещают ветроустойчивые цены.
Действительно, узкие места в поставках вынуждают цены расти. Альтернативной энергетике помогло бы, если бы уголь—самое дешевое топливо для производства электроэнергии был облагаем налогом, чтобы заплатить за изменение климата. Изменение климата происходит под воздействием углекислого газа, производимого при сжигании угля. Но даже без такого налога некоторые амбициозные предприниматели уже говорят об альтернативах, которые дешевле угля.
Альтернативы обсуждались в начале 1970-х
Всё это тревожно знакомо. В последний раз такие альтернативы широко обсуждались в начале 1970-х гг. Тогда же всплеск цен на нефть совпал с опасением, что естественные пределы предложения близки. Газеты пестрели статьями о солнечной энергетике, термоядерном синтезе и переходе экономики на использование топливных элементов и водорода.
Конечно, геологической нехватки нефти не было, только политические манипуляции. И на этот раз нет недостатка в геологии. Но это не имеет значения, потому что между «тогда» и «сейчас» есть две разницы.
Во-первых, рост цен обусловлен спросом. Во всем мире требуется больше энергии. Это дает альтернативам реальное открытие.
Второе — это то, что 50 лет уже отсеяли технологическую пшеницу от плевел. Сейчас мало кто верит в термоядерный синтез, хотя реакторы деления на уране, возможно, снова войдут в моду.
И, несмотря на запуск Тойоты и Хонды на водороде, идея водородной экономики угасает.
Однако пятьдесят лет усовершенствований сделали привлекательными ветряную, солнечную энергию и высокотехнологичные батареи.
По мере того как эти альтернативы начнут разворачиваться всерьез, их рост, как надеются оптимисты, станет неумолимым. Экономика масштаба будет развиваться, и армии инженеров будут настраивать источники альтернативной энергетики, чтобы сделать их еще лучше и дешевле.
Многие действительно, считают, что альтернативная энергетика станет основой бума более масштабного, чем информационные технологии.
Произойдет ли этот бум достаточно быстро, чтобы остановить концентрацию углекислого газа в атмосфере, достигающую опасного уровня, — вопрос спорный. Но без альтернативных источников энергии такой рост неизбежен. Самое лучшее, что могут сделать правительства стран, — это поощрять альтернативные варианты, облагая налогом углерод (даже зная, что такие страны, как Китай и Индия, этого не сделают) и отменяя субсидии, которые благоприятствуют ископаемому топливу. Конкуренция должна сделать все остальное ибо молодые фирмы альтернативной энергетики конкурируют друг с другом в той же степени, что и с нынешними компаниями, работающими на ископаемом топливе.
Следующий технологический бум вполне может быть основан на альтернативной энергетике.
Но какой же вид энергии будет расти?
Все любят бурно развивающийся рынок, и большинство бумов происходит на фоне технологических изменений.
Мировые венчурные капиталисты, питавшиеся компьютерным бумом 1980-х годов, интернет-бумом 1990-х годов и бумом биотехнологий и нанотехнологий начала 2000-х годов, теперь оглядываются в поисках следующего. Они думают, что нашли его: энергию.
Многие прошлые бумы были подпитаны энергией: угольная паровая энергетика, нефтяные двигатели внутреннего сгорания, подъем электричества, даже массовый туризм эпохи реактивных двигателей. Но последние несколько десятилетий на этом фронте было тихо. Уголь был дешевым. Природный газ был дешевым. Если не считать 1970-х годов, нефть была дешевой.
Единственная настоящая новинка — атомная энергетика эффектно сошла с рельсов. Давление на инновации было минимальным.
За пару десятилетий все это изменилось. Нефть уже не дешевая, но и не намного дороже. Кроме того, растет озабоченность по поводу того, что поставки нефти могут вскоре достичь своего пика, поскольку потребление продолжает расти, известные запасы истощаются и новые запасы становятся все труднее находить.
Идея выращивать то, что вы кладете в бак своего автомобиля, а не высасывать его из дыры в земле, больше не выглядит как экономическое безумие. Также как и идея выбросить бак и подключить свой автомобиль к электрической розетке вместо этого.
Цена на природный газ тоже немного выросла в сравнении с нефтью. То есть мы повышаем стоимость электроэнергии. Ветро и солнечно энергетические альтернативы больше не выглядят столь дорогостоящими по сравнению с традиционными источниками. Действительно, уголь остается дешевым и является излюбленным топливом для электростанций в индустриализирующейся Азии.
Теоретически, во многих странах существует длинная очередь угольных электростанций, ожидающих своего строительства. Но лишь немногие из них были завершены за последние 15 лет и многие из этой очереди были приостановлены или сняты, по двум причинам:
- во-первых, люди стали нетерпимо относиться к крупным, загрязняющим окружающую среду промышленным предприятиям, стоящим у их порога.
- во-вторых, энергетические компании опасаются, что им вскоре придется платить за один конкретный загрязнитель-углекислый газ, как это уже происходит в других частях мира. Вложив немалые средства в газовые станции, только чтобы оказаться запертыми на все более дорогом топливе. Они не хотят совершать еще одну ошибку.
Таким образом, причины энергетического бума запутаны, и то, как они воспринимаются, может измениться.
Возможно с альтернативой придется подождать
Глобальное потепление, явление долговременного характера, может быть, и не является главным в сознании людей во время экономического спада.
Высокие цены на топливо могут упасть по мере использования новых источников и предложений для удовлетворения растущего спроса из Азии.
Безопасность поставок может улучшиться, если устраняться локальные конфликты (Сирия, Ливия, Иран), а источники станут более диверсифицированными.
Аномальные холода действуют на надежность ветряков и солнечной энергетики. Так в Техасе (США) в аномально суровую зиму 2021 года оледенели ветряки дающие четверть электроэнергии штата.
Политический риск всегда будет присутствовать—особенно в отношении нефти, которая так часто ассоциируется с плохим правительством по той простой причине, что само ее присутствие вызывает плохое правительство в государствах, которые не имеют сильных институтов для обуздания своих политиков. Но ни одна из причин, вероятно, не исчезнет полностью.
Однако альтернативная энергетика растет и её доля увеличивается.
Источник: beelead.com