Альтернативные виды энергии

На  пороге ХХI века человек все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

 
По оценкам специалистов, мировые  ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным  данным 30 триллионов тонн, нефти - 300 миллиардов тонн, газа - 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти - 137 миллиардов тонн, газа - 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается тенденция  к освоению альтернативных видов  энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?

Есть  несколько ответов на этот вопрос.

  Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической  отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации  запасов угля хватит примерно  на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа  на 50 лет.

  Во-вторых, необходимость значительных  финансовых затрат на разведку  новых месторождений, так как  часто эти работы связаны с  организацией глубокого бурения  (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими  технологиями.

И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают “города мертвых”, а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.  
 
Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект*. 

Альтернати́вная энерге́тика — совокупность перспективных способов получения,передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Альтернативный  источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, вызывающий парниковый эффект и глобальное потепление. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Классификация источников

Тип источников	Используемая энергия
Ветряные	движение воздушных масс
Геотермальные	тепло планеты
Солнечные	электромагнитное излучение солнца
Гидроэнергетические	движение воды в реках или морях
Биотопливные	теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта)

 

1) Ветроэнергетика

На первый взгляд ветер кажется одним из самых  доступных и возобновляемых источников энергии. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала  “месторождения” ветров и не пустила  их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана”  по огромным территориям. Основные параметры  ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин.

В последнее  время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25 % энергии из ветра^[2]

• Автономные ветрогенераторы
• Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

2) Гелиоэнергетика

Солнце - неисчерпаемый  источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в  несколько тысяч раз больше, чем  все электростанции мира.

Например, Тибет - самая близкая к Солнцу часть  нашей планеты - по праву считает  солнечную энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более  пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Хотя солнечная  энергия и бесплатна, получение  электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные  элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении  принадлежит Центру прогрессивных  технологий компании “Боинг”. Созданный  там солнечный элемент преобразует  в электроэнергию 37 процентов попавшего  на него солнечного света.

В  1981г. через  пролив Ла-Манш совершил перелёт первый в мире самолёт двигателем, работающим от солнечных батарей. Чтобы совершить  перелёт на расстояние 262 км, ему  потребовалось 5,5 часа. Существуют и  электромобили, работающие так же от солнечной энергии.

Солнечные электростанции(СЭС) работают более чем в 80 странах.

• Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
• Фотоэлектрические элементы (электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию.)

3) Биотопливо

-топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

Жидкое: Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы. Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, маниока, а в будущем и целлюлоза.

Газовое: Биоводород — водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.

4) Альтернативная гидроэнергетика

Альтернативная гидроэнергетика это такой вид альтернативной энергетики, в которой основным источником является сила воды. В свою очередь существуют подвиды альтернативной гидроэнергетики:

·     приливные электростанции

·     волновые электростанции

·     мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)

·     водопадные электростанции

Эне́ргия волн — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — возобновляемый источник энергии.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия  волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространенной практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования.

Прили́вная электроста́нция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов. Пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.

Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.

 

5) Геотермальная энергетика

Используется как для  нагрева воды для отопления, так  и для производства электроэнергии. На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления. Геотерма́льная электроста́нция (ГеоЭС или ГеоТЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).

• Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
• Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена).

 

6) Грозовая энергетика

Грозовая энергетика —  это способ использования энергии  путём поимки и перенаправления  энергии молний в электросеть. Компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила о создании прототипа модели, которая может использовать энергию молнии. Предполагалось, что эта энергия окажется значительно дешевле энергии, полученой с помощью современных источников, окупаться такая установка будет за 4—7 лет.

7) Водородная энергетика

На сегодняшний день для производства водорода требуется  больше энергии, чем возможно получить при его использовании, поэтому  считать его источником энергии  нельзя. Он является лишь средством  хранения и доставки энергии. Основной проблемой, связанной с производством водорода по, является то, что при производстве образуется двуокись углерода, которую нельзя выбрасывать в атмосферу.

• Водородные двигатели (для получения механической энергии)
• Топливные элементы (для получения электричества)
• Биоводород (Биоводород — водород, полученный из биомассы)

Топливные элементы были изобретены еще в начале XIX века. В 60-е годы прошлого века НАСА использовало их для получения чистой энергии  в космосе. Но только в прошедшем  десятилетии удалось создать  топливные элементы таких размеров, которые позволили бы устанавливать  их в легковых автомобилях.

8) Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в  форме микроволнового излучения. Может  способствовать глобальному потеплению. До сих пор не применяется.

Перспективы использования  возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП^[8].

Перспективы в России

Россия может получать 10 % энергии из ветра. По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей. Один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ — отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию,производимую на основе ВИЭ (feed-in tariff).