Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

С каждым днем все острее встает вопрос об использовании возобновляемых источников энергии. Демографическая емкость планеты в 1-1,5 млрд человек превышена в 4-5 раз, а потребление энергоресурсов – важный критерий уровня жизни и развития.

Содержание

Что такое возобновляемая энергия?

Возобновляемой называется энергия, ресурсы которой неисчерпаемы или же восполняются естественным путем быстрее, чем расходуются. Особенность возобновляемых энергоресурсов состоит в цикличности их восстановления, которая позволяет использовать их без ограничений во времени.

К возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся: солнце, ветер, геотермальное тепло, биомасса. Невозобновляемые – уголь, нефть, газ. Уже сейчас доля ВИЭ может составлять 1/4 всей энергии добываемой на планете.

Какое количество электричества дают возобновляемые источники энергии в мире?

Гринпис давно пытается склонить человечество к переходу на использование возобновляемых источников энергии. К 2030 году ВИЭ могут стать ведущими поставщиками (предположительно 94 процента) электричества на планете, снизив расход угля.

Экономика ВИЭ рассматривает понятие КПД, т.е. количество энергии источника, которое можно превратить в механическую работу (для получения электричества). КПД воды определяется величиной 0,7; ветра ─ 0,4; тепла и солнечных излучения ─ до 0,3; биоматериалов ─ до 0,3.

Классификация возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии группируются следующим образом. Относительно видов энергий они делятся на:

  • механические (волны, ветер);
  • химические (энергия биомассы);
  • тепловые или лучевые (излучение солнца, выделенного тепла Земли).

Другая классификация возобновляемых источников энергии представлена относительно явлений, не зависящих от человека:

  • ветровая энергия;
  • солнечная;
  • течение воды и волны;
  • приливы и отливы;
  • биотопливо;
  • тепло Земли.

Кроме известных, разрабатываются нетрадиционные возобновляемые источники энергии: турникеты железнодорожных станций, «лежачие» полицейские дорог. Они оснащаются генераторами электричества и используются, например, для освещения улиц.

Механическая энергия (энергия ветра и потоков воды)

Воздушные массы, перемещаясь в атмосфере, обладают большим кинетическим потенциалом. Воздух давит на лопасти крыльев двигателей и вращает их. Такое движение сообщается механизмам, выполняющим работу (переводят ее в электричество). Данный способ извлечения энергии, несмотря на высокую себестоимость самих установок, используется в зонах с равнинным ландшафтом. Неудобство источника – непостоянство.

Всякое тело, поднятое над Землей, обладает энергией. Это касается и воды, однако водопады ─ редкость. Поэтому воду чаще поднимают вверх с помощью плотин. Такой напор воды, который вращает турбины, выполняет механическую работу. Колесо турбины соединяется с валом электрогенератора, дающего ток.

Развитие гидроэнергетики обусловлено относительно простым устройством механизма добычи и постоянным возобновлением ресурсов благодаря круговороту воды. Однако больших капиталовложений и физических затрат требует непосредственно процесс постройки ГЭС.

Тепловая и лучевая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли)

Сила излучения Солнца во много раз превосходит все другие ВИЭ. Однако большая часть лучей нейтрализуется по пути к Земле благодаря атмосфере. Поэтому при выборе места постройки гелиостанций учитываются следующие характеристики региона:

  • высота стояния солнца;
  • климат зоны использования;
  • расположение солнца над горизонтом;
  • высота над уровнем моря.
Советуем почитать:  Где принимают старую обувь на переработку?

На основе описанных данных вычисляются оптимальные зоны постройки станций. Существует масса установок для преобразования солнечной радиации: от простых сушилок и нагревателей воды до сверхдорогих фотоэлектрических установок, используемых в промышленности. Лидером применения данного источника – Швейцария. Она массово использует солнечные батареи, гелиостанции.

Во многих регионах Земли на глубине 5-10 км протекают геотермальные воды, которые можно применять в быту и производстве. Данный ВИЭ эффективно используется на территории Исландии, Новой Зеландии. Более 1,6% «чистой» энергии США составляет геотермальная энергия. Вулканическая энергия применяется 62 странами мира, а мощность добываемой энергии в сумме составляет 19300 МВт.

Химическая энергия

Биомассой считаются различные органические отходы (сельскохозяйственных работ, деревообрабатывающей и бумажной промышленности). Их переработка находится на 6 месте среди источников энергии (после нефти, газа и др.). На нашей планете в год образуется до 170 000 тонн данного экологичного продукта.

В результате переработки сырья в атмосферу выделяется лишь двуокись углерода. Европейские специалисты планируют высадку целых лесов с перспективой их использования в качестве биотоплива. Мощность электростанций уже сейчас работающих на биомассе составляет 35000 МВт.

В результате пиролиза (термического разложения органики) получают тепло, биотопливо, электроэнергию, биогаз. Например, из пшеничной соломы выходит до 58% биотоплива, 18% угля, 24% газов. Биогаз активнее всего применяет Германия, там налажено производство дизельного топлива из отходов.

7 примеров возобновляемых источников энергии

К возобновляемым энергоресурсам принадлежат результаты процессов, постоянно происходящих на планете. Такими источниками являются:

  • солнечное излучение;
  • поверхность земли;
  • поверхность мирового океана;
  • ветер;
  • потоки воды;
  • приливы и отливы;
  • биомасса.

Солнечный свет

Рекуперация солнечного излучения ─ самый популярный в мире пример использования возобновляемого источника энергии. Энергия Солнца доходящая до Земли исчисляется 1,2*1014 кВт. Такие ресурсы в десятки раз превосходят возможную мощность других ВИЭ. Солнечная радиация используется в гелиоэнергетике (для получения электричества), однако источник используется также для нагревания воды.

Установки для преобразования солнечной энергии состоят из двух пластин. Одна из них покрыта бором, другая ─ фосфором. Под действием солнечного света вторая пластина становится источником электронов, тогда как в первой они отсутствуют. Как следствие, между ними возникает электрический ток, который аккумулируется в батареях. Недостаток технологии – высокая стоимость оборудования, низкий КПД, экономическая эффективность 30-40%.

Приливы и отливы воды

Некоторые берега рек и морей подвергаются высоким приливам. В эти моменты вода выступает далеко от вглубь суши. Во время отлива она уходит на прежнее место. Тогда-то и становится возможным вращение турбины, дающей электричество. Колебания воды в данные периоды могут достигать 18 м. Приливные электростанции фактически используют кинетическую энергию вращения Земли.

Так устроена электростанция во Франции на реке ла-Ранс, дающая обычно 65 МВт электроэнергии. Однако периоды пиков связаны с лунными фазами, так что мощность станции нестабильна. Себестоимость приливной электростанции вдвое дороже обычной, что малопривлекательно в перспективе.

Энергия волн

Получение энергии волн сходно с таковым приливов и отливов. С помощью гидросилового оборудования кинетическая энергия движущейся воды преобразуется в электрическую. Приспособление для такой трансформации называется «Морской змей». Оно состоит из отсеков, между которыми располагаются поршни. Внутри отделений находятся электрогенераторы и гидравлические двигатели.

Колебания установки заставляют колебаться поршни, которые приводят в движение масло. Оно, при прохождении через двигатели, заставляет работать генераторы электричества. Недостатком «Морского змея» является его неустойчивость против штормовых волнений.

Советуем почитать:  Рейтинг самых загрязненных городов в мире

Ветер

Ветер ─ проверенный временем источник возобновляемой энергии. В промышленности остро стоит экономическая эффективность установок. Здесь важен фактор их расположения и скорости ветра. Самыми продуктивными считаются прибрежные области (10-12 км от берега).

Фундаменты башен погружают в грунт на глубину до 30 м. Целесообразна установка конструкций под водой и с плавающими основаниями. Скорость и энергия ветра часто изменяются, что может снижать выработку всего ветропарка. Данная проблема решается путем мониторинга еще на этапе проектирования и размещения башен. Накопленные знания по потенциалу данной зоны позволяют составить прогноз по эффективности.

Геотермальное тепло

Основа для данного регенеративного источника энергии – геотермальное тепло в недрах Земли в сейсмически нестабильных регионах. Находящаяся под земной корой лава нагревает пар и воду, которые выходят на поверхность в виде гейзеров.

Для прямого доступа к ним используется глубинное бурение скважин. Разогретые пар и воду используют как для переработки, так и с целью прямой подачи населению, независимо от времени года. Минусом данного ВИЭ является загрязненность вредными соединениями (свинцом, аммиаком).

Водные потоки

Гидроэлектростанции (ГЭС) стали надежным возобновляемым поставщиком энергии. Они дают большую часть электричества для таких горных стран, как Норвегия, Швейцария. В гидроэнергетике используется энергия падающей воды. Эффективно используется годами отработанная деривационная схема. Она состоит в отведении потока реки в отдельный искусственный «рукав» (деривацию). Здесь поток воды создаётся с помощью разницы наклонов отдельных элементов.

Плюсы технологии:

  • низкая стоимость постройки плотины, установки оборудования;
  • возможность использования искусственного водоема для рыбного хозяйства;
  • экологическая безопасность (простота очистки от возможных загрязнений);
  • регулирование на случай паводка.

К недостаткам данного ВИЭ можно отнести изменения экосистем на месте искусственного водоема, смены микроклимата данной зоны.

Вентиляция с рекуперацией тепла

Современным способом сохранения тепла в помещении, соответственно и электроэнергии для обогрева, является система вентиляции с рекуперацией тепла. Суть метода состоит в теплообмене поступающего холодного воздуха с теплым – выходящим наружу. Осуществляется это посредством предварительной циркуляции воздуха по сети изолированных каналов.

Возобновляемые источники энергии в России

Возобновляемые источники энергии в России получили развитие сравнительно недавно. После 2000 годов, из-за сокращения количества энергоносителей и ухудшения экологической обстановки, необходимость внедрения различных видов возобновляемых источников энергии стала очевидной.

Вклад подобных технологий в производство электроэнергии до этих пор составлял 1 %, в теплоэнергетике ─ 2%. Т.е. инвестиции в ВИЭ были минимальны, а основными энергоносителями страны выступали уголь, нефть и газ.

Перспективы развития гелиоэнергетики в России

Самым эффективным является использование установок напрямую преобразующих солнечную энергию в электричество. Они работают на основе монокристаллов, поликристаллов, аморфного кремния. Такие батареи автоматизированы, практически не затрачивают энергию на себя. Они подлежат ремонту, мощность можно регулировать, добавляя или убирая секции. Подобные коллекторы активно устанавливаются в Ставропольском, Краснодарском крае, Ростовской области, Дагестане.

Перспективы развития ветроэнергетики

Экономика ВИЭ в России под ветроэнергетику отводит 25–30% всего объема электричества. Такой показатель неплох, учитывая что страна не входит в число лидеров по использованию ВИЭ. Ветроэнергетика страны имеет мощность 20000 МВт. Уже сейчас работают ветровые станции с высоким КПД на предгорье Кавказа, на Алтае, в районах побережий морей. Мощные ветропарки располагаются на территории Крыма, в Калининградской области, на Алтае. Рассматривается вопрос постройки установок на берегу Каспийского и Азовского морей.

Кроме стационарных «ветряков» запускаются ветровые зонды (на высоту 2-3 км), имеющие более высокий КПД. Это обусловлено сильными порывами ветрами на высоте. Также широко применяются малые ветровые площадки для обеспечения электричеством близлежащих сел и деревень.

Советуем почитать:  В чем опасность теплового загрязнения воды?

Перспективы развития геотермальной энергетики

На мировом рынке геотермальной энергетики вклад России примерно 10%, это весомая часть. Перспективы развития данной отрасли промышленности имеют Краснодарский край (около 12 месторождений), Камчатка, Кавказ, Калининградская область.

В Камчатском регионе работают несколько геотермальных станций мощностью по 80 МВт каждая, которые обеспечивают ¼ энергетических потребностей области. Согласно мнению специалистов Института вулканологии РАН, ресурсы одной только Камчатки составляют не менее 5000 МВт, что даст возможность обеспечить регион теплом и электричеством на 100 лет.

Перспективы развития приливной электроэнергетики

На основе данных экспериментальной Кольской станции (1968), которая дает 450 квт/ч, было решено начать строительство подобных приливных электростанций на берегу Тихого и Северного Ледовитого океанов. Возводятся Мезенская (мощностью 18,2 млн кВт) и Тугурская ПЭС (мощностью 6,8 млн кВт). Подобное оборудование разрабатывается и устанавливается Россией на территории Китая и Индии.

Глобальный взгляд, почему в России переход на ВИЭ не осуществится

Достоинства традиционной топливной энергетики:

  • Дешевизна.
    Человек не одно столетие добывает полезные ископаемые: технологии давно отработаны, месторождения найдены.
  • Доступность.
    Оборудование необходимое для производства себя окупило. Промышленность – стабильный источник рабочих мест и дохода для владельцев.
  • Востребованность.
    Спросом пользуется то, что дешево и эффективно. Эти два понятия связаны с добычей традиционных энергоносителей.

Топливная энергетика в России сегодня более перспективна, она справляется с поставленными задачами, тогда как нетрадиционная ─ лишь развивается. Для внедрения альтернативной энергетики необходимо преодолеть слишком большое количество препятствий, нужен потенциал и поддержка. Специалисты уверены, что на данном этапе ВИЭ в России могут быть лишь подспорьем для традиционных.

Достоинства и недостатки ВИЭ

Возможности применения ВИЭ неограничены, однако есть ряд факторов, препятствующих широкому внедрению данных технологий. Для развития ВИЭ в России преградами выступают:

  • Цена.
    Покупка и установка оборудования требует больших материальных затрат.
  • Потребительский фактор.
    Получатель услуг не готов платить в 2-3 раза больше.
  • Слабая законодательная база.
    Государство – гарант развития данной отрасли энергетики.
  • Непостоянность источника.
    Возможные простои оборудования при изменении погодных условий.

Однако возможные масштабы и экологичность использования ВИЭ являются их конкурентоспособностью и определенной выгодой.

Преимущества возобновляемых источников энергии:

  • отсутствие влияния ВИЭ на экологию;
  • не нужна транспортировка энергоносителей (электричества) к месту потребления;
  • экономия воды, которая часто используется для производства;
  • снижение расхода топлива;
  • позитивное влияние ВИЭ на стабильность энергосистем при условии ограниченного доступа.

Необходимость перехода к ВИЭ

Одной из важнейших мировых проблем является истощение природных ресурсов. Использование колоссальных объемов нефти и газа приведет к уменьшению их запасов уже к концу столетия.

Применение традиционных энергоносителей пагубно влияет на экологию: загрязняется атмосфера, изменяется рельеф и структура земной коры. ГРЭС разрушают русла рек, затапливают обширные площади. Поэтому развитие ВИЭ – одно из условий выживания человечества.

Себестоимость производства энергии

Себестоимость ресурсов имеет первостепенное значение. Даже небольшой ценовой разницы достаточно, для повышенного спроса на один из них. Однако нельзя определить, какую цену придется платить за ухудшение экологии, изменение климата, глобальное потепление.

Значит, разработки возобновляемых источников энергии крайне необходимы. Однако нельзя забывать, что многие люди на планете уже сейчас страдают от дефицита энергии. Поэтому отказ от традиционных энергоносителей в пользу ВИЭ невозможен. Решением вопроса может стать атомная энергия.

 

Рейтинг
( 3 оценки, среднее 5 из 5 )
Kottec/ автор статьи
Загрузка ...
Утилизация и переработка мусора
Adblock
detector