Какие альтернативные источники энергии вы знаете

Источники тока используют для длительного поддержания электрического поля и получения электрического тока. Все они могут иметь различные принципы работы, внешний вид, конструкцию и размеры.

Источники тока – это устройства: — способные создавать и поддерживать электрический ток; — в них сторонние силы совершают работу по перемещению зарядов против электрических сил; — а механическая, внутренняя, химическая или иная энергия превращается в электрическую.

Виды альтернативных источников

Для того чтобы жить в собственном доме комфортно, нам требуются два вида энергии: электрическая и тепловая. Получить обе разновидности из окружающей среды несложно. Из каких источников это можно получить, и какие приборы для этого используются:

• солнечные батареи и коллекторы;
• ветрогенераторы;
• установки, использующие биогаз;
• тепловые насосы.

Всеми этими устройствами и технологиями человечество пользуется давно. К примеру, вспомним ветряные или водяные мельницы. Сегодня наука, которая все время движется вперёд, предлагает большой ассортимент устройств, с помощью которых можно получить тепло и электричество.

Лекция В.Бесселя «Альтернативные источники энергии: экономическая реальность или мечта будущего»

Для дома лучше устанавливать два разных источника энергии Источник ast75.ru

Правда, для каждого дома требуется свои приборы, которые будут более эффективны в каждом случае. Специалисты же рекомендуют выбирать не одну разновидность, а сразу несколько. К примеру, солнечные батареи хорошо использовать в тёплое безоблачное время года. Ветрогенераторы прекрасно работают в ветряную погоду. То есть, если установить оба агрегата в доме, то можно гарантировать постоянное наличие электрического тока в независимости от погодных условий.

А теперь давайте рассмотрим по отдельности сами источники энергии и устройства, которые вырабатывают тепло и электрический ток.

Солнечные батареи

Скажем так, что эти приборы с годами становятся все более востребованными и популярными. Сегодня производители производят и реализуют их в двух вариациях:

1. Готовые батареи, которые просто устанавливают на крышах домов, соединяя между собой в единый комплекс.
2. Отдельные фотоэлементы. Такой вариант предлагается для мастеров, которые сами собирают их в панели, подгоняя под требуемый объем получаемой энергии.

Солнечные батареи на крыше дома Источник yandex.net
Фотоэлементы, используемые в солнечных батареях, это также две разновидности:

1. Монокристаллические. Отметим, что это более эффективные, то есть с большим коэффициентом полезного действия, и долговечные элементы. Соответственно они и дороже. Но их высокая эффективность достигается лишь в том случае, если небо ясное, и элементы получают стабильный солнечный поток.
2. Поликристаллические. У этого типа пониже КПД и эксплуатационный ресурс. Но они могут работать даже в облачную погоду. И это большой плюс.

Фотоэлементы обычно помещают под прозрачный материал и обрамляют металлическим профилем. Всю конструкцию устанавливают на специальной подставке, которую можно поворачивать. Это делается для того, чтобы можно было бы поворачивать солнечные батареи, улавливая прямые солнечные лучи. А их угол наклона зависит от времени года.

Альтернативные источники энергии.

Но солнечные панели – это всего лишь часть комплекса. Для сбора электрической энергии требуется аккумуляторы, которые соединяются с панелями через инверторную систему. Первые аккумулируют электричество, вторая превращает солнечный свет в электроэнергию.

Аккумуляторы для солнечных батарей Источник autogear.ru

Внимание! Грамотный выбор аккумуляторов и инверторной системы – максимальная эффективность работы всего комплекса. При этом специалист должен точно провести требуемые расчёты, которые обеспечат получить необходимый объем электрического тока для всего дома.

Сегодня производители предлагают отличающиеся от солнечных батарей устройства, которые работают по такому же принципу.

1. Гибкая плёнка, которую устанавливают на стекла окон с выходом на солнечную сторону. У этого вариант не самый высокий КПД, но за счёт уменьшения размеров материала и сложности монтажа способ достаточно популярен.
2. Betaray – это шар из стекла достаточно внушительного размера. Его задача – сфокусировать солнечные лучи и одним потоком направить на фотоэлемент. По сути, шар выполняет функции линзы. Такая установка вращается относительно своей оси. Вращение программируют, поэтому шар строго движется вслед солнцу. Отсюда и высокая эффективность отбора солнечных лучей. Эта установка неплохо работает даже в ночное время, собирая свет от луны и звёзд. Как показала практика, этой мощности хватает осветить ночные светильники.

Итак, это все о солнечных батареях, переходим к другому виду нетрадиционного источника энергии – солнечным коллекторам.

Система «Betaray» – солнечная батарея Источник nemcd.com

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на разработке и монтаже инженерных сетей для частного дома

Солнечные коллекторы

Все знакомы с летним душем, в состав которого входит металлическая бочка. В неё заливают воду, и она под действием солнца нагревается. Коллекторы работают точно по такому же принципу. Только у них большая площадь поглощения солнечных лучей.

И эта площадь ничто иное, как трубы, расположенные в виде змеевика. Трубы нагреваются и передают своё тепло воде, которая по ним и движется. При этом движение всегда происходит снизу вверх – таков закон физики. То есть, нагреваясь, вода или воздух всегда стремятся вверх.

В верхней части комплекса устанавливается бак, через который проходит водопроводная вода. Внутри бака располагается ещё один змеевик, соединённый с коллектором, то есть большим змеевиком. Получается так, что вода, движущаяся по трубам большого змеевика и нагревающаяся там, попадает в змеевик, расположенный внутри бака. Она отдаёт свою тепловую энергию воде в баке, остывает и спускается в нижнюю часть коллектора. И все повторяется заново.

Именно так и нагревается вода в баке, которую затем используют в быту. Самое главное, что естественная циркуляция воды даёт возможность не использовать в системе насосы.

Отметим, что изготовленные в условиях промышленного производства солнечные коллекторы – более сложные устройства. Но принцип работы у них тот же. Просто вместо воды в большой змеевик заливают фреон, который эффективно работает даже зимой.

Солнечный коллектор на крыше дома Источник baltgazservice.ru

Ветрогенераторы

Это ещё один часто используемый вид альтернативной энергетики. Чисто конструктивно эти приборы представляют собой обычные ветряки, в состав которых входит генератор. Вращение лопастей ветряка передаётся вращению ротора генератора. Так и образуется электроэнергия, которая собирается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы большой мощности Источник golos.io

Стандартного типа приборы – это корпус с лопастями, которые установлены на высокой опоре. Сегодня производители предлагают и другие конструктивные решения.

1. Передвижная установка. Её за короткое время можно разложит и установить, и также быстро можно сложить и перевезти в другое место. установлен ветряк на автомобильной платформе.
2. Летательная установка. По сути, это воздушный змей, на котором установлено несколько турбин. Его просто запускают в небо, где он летает под действием ветра.

Омы питающей сети

Внутреннее сопротивление источника электрической энергии учитывается для определения результирующей ЭДС. В общем виде электродвижущая сила рассчитывается по формуле E = I*R + I*r. Здесь R — сопротивление потребителей, а r — внутреннее сопротивление. Падение же напряжения высчитывают по следующей зависимости: U = E — Ir.

Ток, протекающий в цепи, рассчитывают согласно закону Ома полной цепи: I = E/(R + r). Внутреннее сопротивление способно оказывать влияние на силу тока. Чтобы такого не происходило, источник подбирают под нагрузку по следующему правилу: внутреннее сопротивление источника должно быть намного меньше полного общего сопротивления потребителей. Тогда учитывать его величину совсем необязательно из-за малой погрешности.

Видео описание

В видео показано, как работает тепловой насос:

Внимание! Теплонасосы хорошо себя зарекомендовали в тех регионах, где зимой температура не опускается ниже -20 °C. То есть там они работают постоянно. Но и в северных районах их устанавливают и эксплуатируют летом. Зимой же рекомендуется использовать другие приборы альтернативных видов энергии.

К примеру, ветряки.

Биогаз

Это ещё один вид альтернативных источников энергии, который сегодня стал использоваться во многих загородных домах. По сути, это газ, который образуется в результате гниения бытовых отходов. Сам процесс гниения – это переработка при помощи анаэробных бактерий. То есть тех, которым для жизнедеятельности не требуется кислород.

Следствие такой переработки несколько веществ. А именно: метан, углекислота, сероводород и другие. Смесь всех этих веществ и называют биогазом. Сразу надо оговориться, что эта разновидность топлива получается из отходов растительного и животного происхождения. Ни в коем случае не из канализационных отходов.

Биогазовые установки для переработки органики Источник uz.all.biz

Принцип работы катушки с магнитом

Протекающий ток через катушку вызывает появление переменного магнитного потока. Он, в свою очередь, оказывает на магниты выталкивающую силу, которая заставляет рамку с двумя разнополярными магнитами крутиться. Таким образом, источники электрической энергии служат узлом для движения авто.

Обратный процесс, когда рамка с магнитом вращается внутри обмоток, за счет кинетической энергии позволяет преобразовывать переменный магнитный поток в ЭДС катушек. Далее в цепи установлены стабилизаторы напряжения, обеспечивающие требуемые показатели питающей сети. По этому принципу вырабатывается электричество в гидроэлектростанциях, теплоэлектростанциях.

ЭДС в цепи появляется и в обычной замкнутой цепи. Она существует до тех пор, пока к проводнику приложена разность потенциалов. Электродвижущая сила нужна для описания характеристики источника энергии. Физическое определение термина звучит так: ЭДС в замкнутой цепи пропорциональна работе сторонних сил, осуществляющих перемещение одиночного положительного заряда через всё тело проводника.

Формула E = I*R — сопротивление учитывается полное, складывающееся из внутреннего сопротивления источника питания и результатов сложения сопротивления питаемого участка цепи.

Видео описание

В видео показан принцип работы биогазовой установки:

Энергия вулканов

Разрушительная мощь вулканов всегда пугала людей. Со временем учёные, исследуя их, поняли, что это огромные запасы энергии, которыми, к сожалению, человечество не пользуется. Научно-технический прогресс преодолел и эту проблемы, поэтому сегодня во многих странах мира стали возводить электростанции около вулканов.

Технология получения электричества здесь достаточно проста.

1. В слои грунта, расположенные около лавы, по трубам закачивается солёная вода.
2. Она там нагревается до критических температур.
3. Затем подаётся на генератор, который и вырабатывает электрический ток.

По сути, это технология гидроэлектростанции, где турбину генератора вращает падающая сверху на неё вода. Только здесь вода солёная и нагретая, поднимающаяся сама из недр земли.

Именно таким способом производят горячую воду, которую подают в дома и здания разного назначения. В Исландии эта технология применяется для организации горячего водоснабжения в системе теплиц. Эта страна уже давно ничего со стороны не завозит в плане овощей, фруктов, зелени и цветов. Правда, здесь горячую воду берут из гейзеров. Хотя последние нагреваются именно от спящих вулканов.

Энергетика Исландии основана на вулканическом тепле Источник yandex.net

Энергетические системы четвертого поколения

Хранение энергии играет важную роль и в системах городского теплоснабжения и охлаждения. Системы распределенного теплоснабжения используются с 1880-х гг. и до сих пор продолжают развиваться. Через городскую энергосистему различные источники, связанные с отоплением и охлаждением, также могут быть дополнены соответствующим хранилищем.

Один из таких проектов в виде системы хранения тепловой энергии охлажденной воды для организации Национальных институтов здоровья (National Institutes of Health) США, выполненный компанией Affiliated, показан на рис. 3 [6]. По мере появления новых идей и технологий возможны бо́льшие эффективность и диверсификация.

В публикации 2015 г. “District Energy in Cities: Unlocking the Potential of Energy Efficiency and Renewable Energy” («Распределенная энергетика в городах: раскрытие потенциала энергоэффективности и возобновляемых источников энергии») [3] в рамках программы Организации Объединенных Наций по охране окружающей среды упоминается будущий стандарт городских энерго­систем как «систем четвертого поколения». Эта статья содержит рекомендации от представителей правительств разных стран и лучших в плане энергоэффективности городов по внедрению устойчивых отопления и охлаждения. Распределенное теплоснабжение, наряду с программами повышения энергоэффективности и переходом к системам четвертого поколения, позволяет получать больше отдачи от отработанного тепла и возобновляемых источников энергии в энергосистеме и обеспечивает балансирование переменных возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и ветер.

Системы четвертого поколения работают при более низких температурах воды, что приводит к снижению потерь тепла по сравнению с предыдущими поколениями и позволяет использовать различные источники для его получения, такие как отходы, геотермальный обмен, солнечное тепло, комбинированное тепло и рекуперация энергии и тепла. В сочетании с накопителем тепловой энергии и интеллектуальным управлением такая система становится экономичным способом интеграции возобновляемой энергии и технологий накопления в повсе­дневную практику предоставления услуг энергосистемами.

Положительные и отрицательные стороны

Итак, мы разобрались, что альтернативная энергетика – это будущее человечества, которое не имеет ограничения в ресурсе. При этом сами источники бесплатны и не требуют больших вложений в их разработке в отличие от добычи нефти, газа, угля и прочих.

Но есть у этой технологии получения энергии один отрицательный момент. Это высокая цена самого оборудования и его монтажа. Ведь речь сейчас идёт о приборах, которые можно использовать в быту, то есть в собственном доме. Не каждый владелец недвижимости может вложить кругленькую сумму в альтернативный источник электроэнергии и энергии тепловой.

Проще подключиться к линейным электрическим сетям и оплачивать приходящие счета. Или приводить газ в баллонах. Здесь не требуется сложного и дорогого оборудования. Но время вносит свои коррективы. С каждым годом суммы в этих счетах растут. И велика вероятность, что придёт то время, когда не всем будет под силу их оплачивать.

И вот тут придёт эра использования альтернативных источников энергии.

Плюсы и минусы различных источников энергии Источник infourok.ru

Конструкция

Конструкция элемента влияет на принцип его работы. Каждый источник, который выдает электрический ток, имеет определенную конструкцию:

• Самый простой бытовой аккумулятор включает в себя металлический корпус, внутри которого используется щелочная среда. Дополнительными элементами являются свинцовые пластины, на которых накапливаются катоды и аноды.

Аккумулятор

• Обычная бытовая батарейка с входящим в её состав сухим элементом имеет металлический корпус, в который помещен стержень-накопитель катодов. Всё прочее пространство заполнено солевым электролитом.

Батарейка

• Генератор переменного тока – это устройство, состоящее из трещоток или металлической рамки.

Механический принцип устройства

• Тепловой источник тока, который уже включен в цепь. Это обычная рамка, установленная на подставке из диэлектрика. Обычно, конструкция подключена к измерительному прибору, типа амперметра. Источник тепла – это пламя или внешний электрический импульс.

Тепловое устройство
Важно! Подобная конструкция помогает точно понять, как образуется энергия, которая впоследствии преобразуется в ток. Каждый вариант строения обычно заключен в специальный корпус из диэлектрического материала.

Коротко о главном

Любые виды источников энергии, не связанные с углеводородами, можно отнести к альтернативным. Исключаем также гидроэлектростанции и станции, работающие на приливах и отливах морей и океанов.

К ним отнесём ветрогенераторы, солнечные коллекторы и батареи, тепловые насосы.

Оптимально, если в доме установить две разновидности, перечисленные выше. К примеру, солнечную батарею и ветрогенератор.

Все эти технологии работают от бесплатных источников энергии. Но у них есть один большой минус – высокая цена оборудования.

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

• Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
• Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
• Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
• Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Вам это будет интересно Как воздействует электрический ток на организм человека

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства.

Энергетика биомассы

Существуют три способа получения тепла при применении биомассы: сжигание её продуктов, брожение биомассы, извлечение из неё спиртов и газов в виде энергоносителей.

Отрасль, называемая биоэнергетикой, специализируется на выработке энергии из биопродуктов. Подобный тип топлива получают в ходе переработки биологических отходов. На сегодняшний день уже насчитывается 3 поколения биотоплива, получаемого в твердом, жидком и газообразном состояниях. Среди них и жидкое топливо для автомобильных двигателей.

Завод по производству биодизельного топлива из растительного масла

Способ пиролиза биомассы позволяет вырабатывать из продуктов первого поколения уже более качественное топливо. В Германии планируют каждый пятый литр бензина получить методом пиролиза. О том, какова перспектива этого направления, может служить факт создания исследовательской организации, в которую вошли представители 15 стран Европы и Америки.

Ведутся большие работы по производству биотоплива третьего поколения, получаемого из искусственно выращенных водорослей.

Источник: svet202.ru

Виды источников энергии и их использование

Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.

Классификация видов энергии

Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.

Источники энергии делятся на две группы:

• Возобновляемые
• Невозобновляемые

Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.

Когда люди используют электричество в своих домах, электроэнергия вероятно создается сжиганием угля или природного газа, ядерной реакции или ГЭС на реке, или из нескольких источников. Люди используют для топлива своих автомобилей сырую нефть (невозобновляемая), но могут и биотопливо (возобновляемая) как этанол, который производится из переработанной кукурузы

Возобновляемые

Есть пять основных возобновляемых источников энергии:

• Солнечная
• Геотермальное тепло внутри Земли
• Энергия ветра
• Биомасса из растений
• Гидроэнергетика из проточной воды

Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.

Невозобновляемые

Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время из невозобновляемых источников:

• Нефтепродукты
• Углеводородный сжиженный газ
• Природный газ
• Уголь
• Ядерная энергия

На невозобновляемые виды энергии приходится около 90% всех используемых ресурсов.

Сырая нефть, природный газ и уголь представляют ископаемые виды топлива, поскольку они были сформированы в течение миллионов лет под действием Солнца, тепла от ядра земли и давления почвы на остатки (или окаменелости) из отмерших растений и существ как микроскопическая диатомия. Большинство нефтяных продуктов, потребляемых в мире изготовлены из сырой нефти, но нефтяные жидкости также могут быть сделаны из природного газа и угля.

Ядерная энергетика работает больше на уране, источнике невозобновляемого топлива, чьи атомы делятся (с помощью процесса, называемого ядерным делением) для создания тепла и, в конечном счете, электричества.

Основным видом энергии, потребляемой во многих странах являются нефтепродукты, природный газ, уголь, ядерное и возобновляемое топливо.

Основными пользователями этих запасов являются жилые и коммерческие здания, промышленность, транспорт и электроэнергетика. Характер использования топлива широко варьируется в зависимости от системы применения. Например, нефть обеспечивает 92% топлива, используемого для транспортировки, но обеспечивает лишь около 1% ресурсов, используемых для выработки электроэнергии. Понимание взаимосвязей между различными видами энергии и её использование дает представление о многих важных вопросах энергетики.

Первичная энергия

Первичная энергия как вид включает в себя нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.

Электричество является вторичным источником, который создается с помощью этих первичных форм. Например, уголь является первичным источником, который сжигается на электростанциях для выработки электроэнергии, которая является вторичным источником.

Первичные виды энергии обычно измеряются в различных единицах, например, баррелях нефти, кубометрах газа, тоннах угля. Также используется общая единица измерения британская тепловая единица, или БТЕ, для измерения содержания для каждого типа.

• Измерение

1 Гкал/час = 1,163 МВт

1 Вт = 859.8 кал/час

1 Вт = 3.412 BTU/час

BTU — британская тепловая единица (БТЕ) Россия потребляет квадриллионы БТЕ.

В терминах физических величин, один квадриллион составляет примерно 172 миллиона баррелей нефти, 51 млн. тонн угля или 1 трлн. куб. м газа.

На нефть приходится наибольшая доля в потреблении первичной энергии, затем природный газ, уголь, атомные электростанции и возобновляемые источники энергии (включая гидроэнергию, ветра, биомассы, геотермальные, солнечные).

Как распределяются виды энергии в каждой системе

Различные виды энергии используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике. Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности. Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.

Почти все ядерное топливо используется в электроэнергетической системе для выработки электроэнергии. Её доля в России составляет 18% от первичной энергии. Во Франции – 75%, Венгрии – 52% , Украине – 56%. В среднем в мире порядка 10%.

Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса. Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет 92% от общего объема первичного энергопотребления.

Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие альтернативных видов топлива.

Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.

Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).

Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Источник: beelead.com

Что такое альтернативные источники энергии

Общемировое потребление энергии неуклонно растёт. Только лишь в 2021 году оно увеличилось на 5%. Способствует этому рост населения Земного шара и постоянное повышение его благосостояния.

Согласно прогнозу, опубликованному в отчёте Управления энергетической информации США (IEA) International Energy Outlook 2021, при существующих политических и экономических тенденциях к 2050 году следует ожидать увеличения расхода энергии на 50%. Сценарий IEA утверждает, что значительную долю роста производства энергии на планете обеспечат альтернативные источники энергии. Такой вывод был сделан на основе анализа действующих законов и нормативов в области энергетики.

Но пока что мировая экономика продолжает использовать традиционные источники энергии, представленные в основном ископаемыми видами топлива – природным газом, нефтью, каменным и бурым углём, торфом, урановой рудой, а также силой падающей воды, нанося тем самым непоправимый вред окружающей среде. Сегодня они продолжают обеспечивать почти 95% потребления энергии. При том, что возведение ГЭС приводит к затоплению огромных территорий; сжигание невозобновляемых углеводородов на ТЭЦ сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, что ведёт к парниковому эффекту и к глобальному потеплению, а отходы АЭС представляют большую радиоактивную опасность.

Мировая общественность давно осознала угрозы, создаваемые хорошо освоенными методами получения электрической и тепловой энергии, и поэтому всё большее делает ставку на альтернативные возобновляемые ресурсы, отличающиеся широкой доступностью и экологической чистотой.

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные или нетрадиционные источники энергии представляют собой возобновляемые энергетические ресурсы. ГОСТ Р 54531-2011 даёт такое определение возобновляемым источникам энергии: «Источники энергии, образующиеся на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного и животного мира и жизнедеятельности человеческого общества». Они включают в себя:

• энергию солнца и ветра;
• внутреннее тепло Земли;
• энергию приливов и отливов, энергию морских течений, микроГЭС и мини-ГЭС;
• изготовление биотоплива;
• МГД-генераторы;
• производство традиционных невозобновляемых источников энергии (топлив) по нетрадиционным технологиям в виде переработки вторичных твёрдых бытовых отходов, использование выделяемого угольными разработками, отходами и свалками газа; изготовления синтетического жидкого топлива и водоугольного топлива;
• технические средства преобразования различных видов энергии в электричество и тепло;
• реакцию управляемого термоядерного синтеза.

В отличие от невозобновляемых ресурсов, новые источники энергии, входящие в состав нетрадиционной энергетики, практически неисчерпаемы. К тому же они отличаются экологической безопасностью. Пока что альтернативные источники природных ресурсов не получили столь широкого распространения, как традиционные. Но процесс идёт и достаточно активно. Доля альтернативной энергетики в мире – возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мировом энергетическом балансе – на протяжении 2020-2021 годов составляла 28,1%, что несколько выше показателя 2019 года (26,3%), когда количество объектов ВИЭ возросло на 200 ГВт установленной мощности.

К альтернативным (возобновлямым) источникам энергии не относятся гидроэлектростанции традиционной гидроэнергетики, мощностью более 30 МВт. ГОСТ Р 54531-2011 «Нетрадиционные технологии. Возобновляемые и альтернативные источники энергии. Термины и определения». Указанный документ, разработанный Лабораторией возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им.

Ломоносова, на официальном государственном уровне даёт понятие всем основным терминам и определениям, применяемым к возобновляемым и альтернативным источникам энергии. Именно к нему и указанным в нём ссылкам на другие ГОСТы следует прибегать в случае каких-либо неясностей или противоречий.

1.1к. 23.11.2022

Виды альтернативных источников энергии

Гелиоэнергетика – Солнечная энергия

Свыше 80 стран мира сегодня располагают солнечными электростанциями. Тем не менее, солнечные панели произвели в 2019 году лишь 2,7% мировой электроэнергии. Помимо солнечных батарей, свой вклад в гелиоэнергетику вносят:

• солнечные коллекторы, предназначенные для сбора тепловой энергии Солнца с целью повышения температуры материала-теплоносителя, одной из разновидностей которых выступает солнечный водонагреватель;
• энергетически башни, совмещающие солнечную и ветряную энергетику;
• наноантенны, преобразующие солнечную энергию непосредственно в электрический ток.

447 29.06.2022

Потенциал устремляющейся на поверхность нашей планеты солнечной энергии достигает 173 ПВт или 173 млн ГВт. Этого достаточно, чтобы полностью закрывать потребности человеческой цивилизации при нынешнем уровне её развития в течение 10 000 лет! Но ничего подобно пока не происходит по причине зависимости солнечных элементов от погодных условий, сезонов года и времени суток, тем более, что эксплуатировать их в условиях северных широт экономически нецелесообразно.

Ветроэнергетика

С началом появления ветряных турбин более века тому назад, появилась прямая возможность преобразовывать энергию ветра в электрическую энергию. Первые установки были созданы в Соединённом Королевстве (1887 год) и в Соединённых Штатах (1888 год). Однако промышленное освоение процесса перемещения воздушных масс в атмосфере началось на территории Дании: в 1891 году была создана ветряная турбина с горизонтальной осью вращения, а в 1897 году дала ток ветряная установка высотой в 22 метра.

На более современном уровне сектор ветроэнергетики начал развиваться в 1980 годах. К 2020 году суммарная мощность всех установленных в мире ветрогенераторов составляла 743 ГВт (в 2019 году – 657 ГВт).

С точки зрения целесообразности технической и экономической целесообразности наиболее применимы схемы с автономными ветрогенераторами или схемы с ветрогенераторами, подключёнными к электрической сети. Более подробно с материалом на данную тему можно познакомиться в статье:

910 27.02.2023

Биотопливо

С самого начала своего существования человеческая цивилизация приступила к использованию биотоплива. Собирая остатки древесины, наши далёкие предки разводили огонь, согревая тем самым свои жилища и приготавливая на кострах и очагах пищу. И до сих пор 38% жителей нашей планеты продолжают активно использовать традиционные формы биотоплива в виде дров, растительных остатков, сушёного навоза. Их доля в общемировом потреблении биоресурсов в качестве топлива составляет 54-60%.

Употребляемое в энергетических целях современное биотопливо подразделяется по своему агрегатному состоянию:

• на жидкое топливо, используемое в двигателях внутреннего сгорания, представленное биодизелем, метанолом и этанолом;
• твёрдое топливо: дрова, хворост, щепа, стружка, опилки, иные отходы процесса деревообработки, брикеты, солома, костра, лузга; топливные гранулы;
• газообразное топливо: биогаз, водород, синтез-газ.

По мере развития биотопливной энергетики, сырьё для её нужд, выступающее в роли одного из альтернативных сырьевых источников для производства энергии, начинает распадаться на три поколения:

• Первое из них включает с себя богатые жирами, крахмалом и сахарами сельскохозяйственные культуры;
• Посредством пиролиза биомассы получают биотопливо второго поколения. Здесь имеет место использование альтернативных сырьевых источников (биомассы в виде остатков растительных культур, водорослей, что могут произрастать в солёной или загрязнённой воде, растения рыжика, Ятрофы, древесины хвойных пород) с целью организации одного из процессов органического синтеза (пиролиза);
• Третье поколение нацелено на преобразование водорослей в топливо. Направление достаточно перспективно по причине быстрого воспроизводства и значительной концентрации биомассы в природных водоёмах, однако требует проведения дальнейших исследований.

Геотермальная энергетика

Недра Земли обладают настолько значительным тепловым потенциалом, что только лишь поток тепла, излучаемый от ядра к поверхности, может 17 раз покрыть тепловые потребности населения планеты. Именно на его использовании основана геотермальная энергетика, освоившая на практике отбор нагретых до высокой температуры грунтовых вод (одно из направлений гидротермальной энергетики), а также потребление тепла от грунта посредством применения грунтовых теплообменников (петротермальная энергетика).

699 06.05.2023

Для сведения: ГОСТ Р 54531-2011 различает пять типов источников геотермальной энергии:

• месторождения геотермального сухого пара;
• источники влажного пара, содержащего смесь горячей воды и пара;
• месторождения геотермальной воды, в составе которой присутствует горячая вода или пар совместно с горячей водой;
• сухие скальные породы, на глубине в 2 км разогретые магмой, энергетические запасы которых наиболее велики;
• магму в виде разогретых до 1300° С горных пород.

Логично, что широкое использование геотермальных источников нашло распространение в местах, отличающихся вулканической активностью, то есть на территории:

• Мексики, Никарагуа, Коста-Рики,
• Исландии, Франции, Италии, Литвы,
• Кении,
• Таджикистана,
• Китая, Японии, Филиппин, Индонезии,
• Новой Зеландии.

930 26.01.2023

В Российской Федерации к таким регионам можно отнести Ставропольский и Краснодарский край, Дагестан и Камчатку.

Мускульная сила человека

Мускульная сила человека – это тоже альтернативный источник энергии, причём самый древний и используемый на протяжении всей жизни при любых обстоятельствах. Одним из направлений её применения с целью перемещения в пространстве (нередко и в неблагоприятных условиях поверхности земли) служат разнообразные приспособления и механизмы: лыжи, коньки, санки, снегоступы, болотоступы; самокаты, велосипеды, веломобили.

Здесь уместным будет упомянуть и мускульную силу прирученных домашних животных, активно используемых человеком для своих хозяйственных нужд.

Грозовая энергетика

Пока что грозовая энергетика, пытающаяся уловить энергию молний и затем передать её в электрическую сеть или непосредственно потребителю, носит лишь экспериментально-теоретический характер. Причина в том, что грозовая активность достаточно переменчива, а сам разряд молнии длиться доли секунд, поэтому осваивать его нужно максимально быстро. А это, требует создания достаточно мощных и высокоэффективных конденсаторов, что экономически весьма нецелесообразно.

К таким же результатам, привели пока что и все попытки освоить атмосферное электричество, теоретические основы которого пока что досконально не разработаны. Изготовленные в 1920-х годах финским доктором Германом Плаусоном 2 аэростата (выполненные из листов магниево-алюминиевого сплава, покрытого острыми иглами) выдали на высоте 300 метров всего лишь 3,4 кВт электрической мощности. Видео лекция на тему атмосферного электричества:

Криоэнергетика

В основе криотехнологических процессов, нашедших применение в энергетических целях, лежит глубокое охлаждение воздуха до температуры в -196° С. В результате чего он превращается в жидкость, сохраняемую на протяжении нескольких недель. При необходимости жидкая смесь азота и кислорода (в результате процесса сжижения воздух распадается на составляющие его химические вещества) поступает на испаритель, пребывающий в условиях обычной атмосферной температуры. Гигантская разница температур приводит к резкому повышению давления образовавшихся газов, воздействующих на лопатки турбины, что вращает генератор, занятый выработкой электрического тока.

Именно таким способом аккумулируется избыточная энергия в энергосистемах. Практическое воплощение можно увидеть неподалёку от Хитроу – лондонского аэропорта, в промышленной зоне Слау.

Помимо электрической энергии CES-станции (станции использующей все компоненты криогенного аккумулятора) способны производить технические газы и обеспечивать холодом предприятия пищевой, химической и металлургической отраслей промышленности. При этом КПД их достигает 83%! Интереснейший видеоматериал материал на тему размещён здесь:

Гравитационная энергетика

Один из разделов альтернативной энергетики, предназначенный для аккумулирования излишков энергии. Осуществляется это за счёт подъёма массивных грузов на значительную высоту.

Компанией «Энергозапас» из новосибирского Академгородка в своё время была разработана технология ТАЭС. Твердотельной аккумулирующей станции, суть которой заключается в выработке энергии при опускании грузов под воздействием сил притяжения Земли, предварительно доставленных на несколько сотен метров высоты. Для удобства пользователей в их качестве употребляются местный грунт или зола. Продолжительность работы ТАЭС составляет 50 лет, а КПД составляет 80%.

Нечто подобное было реализовано и компанией Energy Vault, но уже на базе подъёмного крана с шестью стрелами и многотонными блоками.

Управляемый термоядерный синтез

Неверно утверждение, что к альтернативным источникам энергии относится ядерная энергетика. Зато процесс управляемого термоядерного синтеза, обещающий доступ к гигантскому количеству энергии, вполне мог бы стать одним из самых важных элементов нетрадиционной энергетики.

История его развития отсылает нас к 50-м годам XX-го столетия. Временам, когда американский физик Л. Спитцер впервые заговорил о стеллаторах, а учёные из Советского Союза приступили к созданию серии токамаков. Эксперименты по удержанию плазмы посредством использования процессов магнитного и инерционного управляемого термоядерного синтеза продолжаются и по сегодняшний день. Но говорить об их практическом применении с целью промышленной выработки электроэнергии пока ещё рано.

Другие направления альтернативной энергетики

Не одни только альтернативные ресурсы, представленные нетрадиционными источниками энергии, представляют интерес для энергетики. Есть и другие необычные способы получения и сохранения энергии.

Распределённое производство энергии

Альтернативные способы получения электроэнергии, тепловой энергии, а также холода включают также концепцию строительства компактных и достаточно мобильных источников, предназначенных для удовлетворения собственных нужд, а иногда и для передачи излишков энергии в системы централизованного снабжения. Что подразумевает создание таких источников в непосредственной близости от потребителей или их перевозку с места на место.

Такие технологические решения достаточно удобны и при этом обладают многими преимуществами. Поэтому на законодательном уровне предусматриваются широкие меры поддержки по созданию и эксплуатации объектов малой генерации. Примерами таких объектов, реализованных в виде контейнерных, мобильных и сборных энергоблоков выступают:

• газопрошневые, газотурбинные и микротурбинные электростанции,
• тепловые насосы и паровые котлы,
• ветровые генераторы и солнечные батареи,
• топливные элементы,
• когенерационные и тригенерационные установки.

Водородная энергетика

Преимущества водорода в качестве одного из источников энергии очевидны. В сравнении с иными видами топлива он обладает наибольшей теплотой сгорания, имеет минимальный удельный вес и выступает самым распространённым во Вселенной химическим элементом. Он достаточно удобен для хранения и транспортировки, при этом результатом его химической реакции с кислородом выступает вода, опять же используемая в водородной энергетике.

Объёмы получения столь ценного в энергетическом плане топлива обеспечены: на 4,3% за счёт выработки «зелёного» водорода из ВИЭ, на 18% за счёт переработки угля, на 78% посредством переработки нефти и газа.

Космическая энергетика

Используя фотоэлектрические элементы можно получать электроэнергию путём улавливания солнечной энергии на околоземной орбите или на Луне. В форме микроволнового излучения её в дальнейшем можно транспортировать на Землю. Пока такой метод получения энергии в силу сложности и высокой цены технических установок не используется. Зато активно применяются управляемые силовой электроникой фотоэлектрические солнечные панели, устанавливаемые на космических аппаратах, работающих во внутренней Солнечной системе (за пределами орбиты Юпитера излучение Солнца недостаточно, чтобы использовать его в рамках нынешних технологий).

Плюсы и минусы альтернативных источников энергии

С течением времени традиционные источники топлива – месторождения нефти, газа и угля постепенно иссякают, и на смену им волей-неволей приходят альтернативные (нетрадиционные) источники энергии. Это объективный процесс. Выгоднее не сжигать углеводороды, а использовать их как сырьё для химической промышленности. Но, как и все материальные средства, возобновляемые энергетические ресурсы не лишены определённых недостатков.

Преимущества альтернативных источников обусловлены:

• Экологичностью, позволяющей не загрязнять окружающую среду вредными веществами.
• Доступностью многих видов ВИЭ. Их значительное разнообразие позволяет сегодня многим странам мира акцентировать свою энергетическую политику на использовании наиболее актуальных в местных условиях средств альтернативной энергетики.
• Низкой себестоимостью вырабатываемой энергии. За солнечную энергию, ветер, энергию водных потоков, земное тепло платить не приходится.

Источник: electricx.ru