После нефтяного кризиса 1973 года государство начало активно искать новые источники энергии. Это привело к развитию гидроэлектростанций и атомных электростанций. Шведские власти часто подвергались критике со стороны Greenpeace за использование атомной энергии, однако с конца 80-х годов доля энергии, вырабатываемой на АЭС, не увеличилась.
Альтернативные источники энергии
В условиях истощения запасов традиционных источников энергии, таких как нефть, природный газ и уголь, а также повышения их стоимости, сопровождаемого негативным воздействием на окружающую среду, страны все чаще начинают ориентироваться на альтернативные источники энергии в своей энергетической политике.
Альтернативные источники энергии представляют собой экологически безопасные, воспроизводимые ресурсы, преобразование которых позволяет получать электрическую и тепловую энергию для различных нужд человека.
К таким источникам относятся энергия солнечных и ветровых потоков, энергия рек и океанов, тепло, исходящее от поверхности земли, а также биотопливо, которое производится из растительной и животной биомассы.
Типы альтернативной энергетики
В зависимости от используемых ресурсов для преобразования в электрическую и тепловую энергию, применяемую в повседневной жизни, альтернативная энергетика делится на несколько категорий, которые определяют методы её генерации и типы установок, задействованных в этом процессе.
Солнечная энергия
Солнечная энергетика основывается на преобразовании солнечной энергии, благодаря чему получается как электрическая, так и тепловая энергия.
Процесс получения электрической энергии осуществляется благодаря физическим явлениям, которые происходят в полупроводниковых материалах под воздействием солнечных лучей, тогда как получение тепловой энергии зависит от свойств различных жидкостей и газов.
Для производства электрической энергии строятся солнечные электростанции, основной элементом которых являются солнечные панели (батареи), изготовленные на основании кристаллического кремния.
Солнечные коллекторы являются основными компонентами тепловых установок, где солнечная энергия трансформируется в тепловую энергию теплоносителя.
Эффективность таких систем определяется количеством и мощностью отдельных элементов, входящих в состав тепловых и солнечных энергетических комплексов.
Энергия ветра
Ветровая энергетика основывается на преобразовании кинетической энергии воздушных потоков в электрическую энергию, которая затем используется потребителями.
Основным компонентом ветровых установок является ветровой генератор. Ветровые генераторы различаются по ряду технических характеристик, размерам и конструктивным решениям: с горизонтальной или вертикальной осью вращения, различными типами и количеством лопастей, а также в зависимости от места установки (наземные, морские и так далее).
Сила воды
Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии потоков воды в электрическую энергию, которая может использоваться человеком для различных нужд.
К объектам этого вида относятся гидроэлектростанции разной мощности, устанавливаемые на реках и других водоемах. В таких системах, под действием естественного течения воды или при создании плотины, вода воздействует на лопасти турбины, вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина является ключевым элементом гидроэлектростанций.
Еще один способ получения электрической энергии через преобразование энергии воды – это использование приливов, что осуществляется с помощью строительства специальных приливных станций. Принцип действия таких установок заключается в преобразовании кинетической энергии воды в море во время приливов и отливов, которые происходят под воздействием гравитации небесных тел.
Геотермальная энергия
Геотермальная энергетика основывается на использовании тепла, которое излучает поверхность Земли, как в районах с выбросами геотермальных вод (сейсмически активные зоны), так и в других частях нашей планеты.
Для добычи геотермальных вод используются специализированные установки, которые позволяют преобразовывать внутреннее тепло Земли в тепловую и электрическую энергию.
Тепловые насосы обеспечивают получение тепла из земной поверхности, независимо от её местоположения. Принцип их работы основан на свойствах жидкостей и газов, а также на термодинамических законах.
Старейший производитель ветряных генераторов из Дании. Компания была создана в 1898 году и на данный момент ей удалось установить свыше 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах мира. Vestas предлагает как отдельные генераторы, так и комплексные энергетические установки, а также осуществляет обслуживание оборудования.
Что такое альтернативная энергия?
Энергию можно разделить на два основных типа: невозобновляемую и возобновляемую. К первой группе относят использование энергоносителей, таких как нефть и уголь. Стоит отметить, что запасы этих ресурсов на Земле в конечном итоге будут исчерпаны. Кроме того, их использование связано с выбросами углекислого газа в атмосферу, что существенно способствует глобальному потеплению. Возобновляемые источники энергии, также известные как альтернативные, представляют собой неисчерпаемые ресурсы, такие как ветер или солнечный свет. Их эксплуатация сопровождается меньшими негативными последствиями, и риск истощения этих запасов отсутствует полностью. В настоящее время основная часть электроэнергии производится за счет сжигания нефти и природного газа, а также функционирования атомных электростанций. Все эти источники могут представлять угрозу для экологии. Поэтому растет интерес к альтернативной энергетике, которая предоставляет возможность получения энергии более экологически чистым способом, минимизируя вред окружающей среде.
Ветровая энергетика представляет собой процесс преобразования энергии движущихся воздушных потоков в электрическую энергию, которая может быть использована потребителями. Исследования показывают, что ресурсы ветровой энергии в 100 раз превосходят запасы энергии всех рек на Земле. Ключевыми компонентами для этого процесса являются ветрогенераторы и ветряные мельницы. Особенно активно данное направление развито в таких странах, как Германия, Дания и Ирландия.
Главные преимущества ветровой энергетики — это её экологическая чистота и минимальная стоимость производства электроэнергии. Однако существуют и значительные недостатки. Прогнозировать силу ветра очень сложно, так как она изменчива и зависит от множества внешних факторов. В результате возникает необходимость в использовании дополнительных источников энергии. У ветрогенераторов также есть и другое отрицательное свойство: они могут создавать радиопомехи. Кроме того, ветровая энергетика потенциально способна оказывать влияние на климатические изменения, поскольку ветрогенераторы отбирают часть кинетической энергии из атмосферного потока. Тем не менее, ученым еще предстоит выяснить масштаб и природу этого влияния, а также его возможные положительные или отрицательные последствия.
Сила воды
Основной принцип гидроэнергетики заключается в трансформации энергии водных масс в электрическую энергию. Одним из ярких примеров служат гидроэлектростанции, которые располагаются на крупных реках. Поток воды воздействует на лопасти турбины, обеспечивая их вращение. Энергия, возникающая при этом процессе, преобразуется в электричество. Строительство гидроэлектростанций является довольно дорогим мероприятием для государства. Тем не менее, такие затраты быстро окупаются из-за того, что стоимость производимой энергии оказывается значительно ниже, чем у атомных электростанций.
Гидроэлектростанции можно устанавливать только на реках с постоянным уровнем воды и быстрым течением. Для строительства ГЭС необходимо возвести плотину, которая обеспечивает ожидаемый уровень напора воды.
В России гидроэлектростанции вырабатывают примерно 20% от общего объема электрической энергии, а суммарная мощность всех станций достигает 48085 МВт. В последние годы начали развиваться идеи по использованию энергии приливов. Строятся приливные электростанции, которые преобразуют кинетическую энергию движения морской воды. На сегодняшний день самая большая приливная электростанция расположена в Мурманской области, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт. Также существуют технологии генерации энергии с использованием волн.
Эффективность показали лишь три из предложенных решений: поплавки, искусственные атоллы и подводные камеры. Эти электростанции способны передавать кинетическую энергию через кабели на центральную станцию, где производится электрическая энергия. Однако у волновой энергетики есть два серьезных недостатка. Во-первых, стоимость производства получаемой энергии остается довольно высокой, а во-вторых, возможность установки таких станций ограничена только теми странами, которые располагают длинной береговой линией. Вот почему этот вид энергетики используется довольно редко.
Наиболее традиционным способом получения энергии остаются дрова, являющиеся древнейшим источником топлива. В настоящее время для их заготовки создаются энергетические леса, состоящие из быстрорастущих видов деревьев, таких как тополь или эвкалипт.
Ветроэнергетика
Запасы энергии, полученной от ветра, в 100 раз превышают запасы энергии всех рек на нашей планете. Ветровые электростанции играют ключевую роль в преобразовании ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Основными компонентами таких систем являются ветрогенераторы (для производства электроэнергии) и ветряные мельницы (для получения механической энергии).
Этот вид возобновляемой энергии активно развивается, особенно в странах, таких как Дания, Португалия, Испания, Ирландия и Германия. К началу 2016 года суммарная мощность всех ветрогенераторов превысила общую установленную мощность атомных электростанций.
Однако у этого источника энергии есть недостаток: его невозможно контролировать из-за непостоянности силы ветра. Кроме того, ветряные установки могут вызывать радиопомехи и оказывать влияние на климат, поскольку они забирают часть кинетической энергии ветра. На сегодняшний день учёные не пришли к однозначному выводу о том, является ли это положительным или отрицательным явлением.
Гидроэнергия
Для преобразования энергии движения воды в электрическую энергию применяют гидроэлектростанции (ГЭС), оснащенные плотинами и водохранилищами. Они устанавливаются на реках с мощным и постоянным потоком. Плотины возводятся для создания необходимого напора воды, который приводит в движение лопасти гидротурбин, что, в свою очередь, активирует электрогенераторы.
Строительство ГЭС является более дорогим и сложным по сравнению с обычными электростанциями, однако стоимость электроэнергии, вырабатываемой на российских ГЭС, примерно в два раза ниже. Турбины имеют возможность работать в различных режимах мощности и регулировать объем выработки электричества.
Ветряная установка может стать отличным дополнением к солнечной электростанции, поскольку параметры их работы и необходимое оборудование практически совпадают. В районах, где отсутствует централизованное электроснабжение, ветрогенератор и солнечная станция становятся основными источниками электрической энергии.
Альтернативная энергетика для дома своими руками
Если у вас есть свободное время, желание и навыки работы с ручным инструментом, вы можете создать устройства, которые позволят использовать альтернативные источники энергии как для получения электричества, так и тепла.
Это применимо ко всем упомянутым видам альтернативной энергетики:
- солнечная энергия – вы можете самостоятельно изготовить солнечные панели, используя заводские фотоэлементы, собрать контроллер и инвертор, а также создать солнечный коллектор;
- ветровые установки – это электронные устройства (контроллер, инвертор), которые собираются аналогично солнечным станциям, из заводских компонентов. Ветрогенератор можно относительно легко сконструировать из материалов, доступных в быту и запчастей от автомобилей и мотоциклов;
- микро-ГЭС – также возможно изготовление из автозапчастей и других доступных материалов. Единственным необходимым условием для успешного строительства является наличие водоёма, в который следует установить турбину;
- биогазовая установка – может быть собрана любым желающим, главное, чтобы у него было достаточное количество биомассы и температура окружающей среды, соответствующая требованиям для процесса брожения.
Биоэнергетика обладает универсальными свойствами. Тепловая энергия, электричество и вид топлива могут быть получены из твердой, жидкой и газовой биомассы. В этом процессе в качестве возобновляемого сырья используются отходы как растительного, так и животного происхождения.
Как бизнес способствует созданию положительного имиджа, инвестируя в возобновляемые источники энергии
Компании по всему земному шару разрабатывают стратегии и устанавливают «зеленые» цели, которых они намерены достичь в течение заданного времени. Осознание необходимости ответственного поведения и предоставления экологически чистого примера для потребителей становится все более актуальным. Разумеется, применение возобновляемых источников энергии не только содействует формированию позитивного имиджа компаний, но также способствует снижению расходов на электроэнергию.
Новые серверы Facebook и компания General Motors начнут получать энергию от солнечной электростанции, которая строится в штате Кентукки в рамках обширной программы Green Invest.
IKEA намерена производить больше электроэнергии из возобновляемых источников, чем потребляет, к 2030 году. В 14 странах установлено 920 тысяч солнечных панелей и более 530 ветряных турбин на магазинах сети. Ingka, материнская компания IKEA, вложила порядка 3500,8 миллиарда долларов в различные проекты по возобновляемым источникам энергии и стала владельцем мощностей в 1,7 ГВт. Также компания планирует продолжать инвестировать в строительство ветровых и солнечных электростанций.
Химический гигант BASF будет постепенно переходить на использование возобновляемой энергии и имеет планы по инвестированию в ветеринарные парки.
Компания Intel использует возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечные батареи, водные ресурсы и биомасса. Начиная с 2012 года, Intel выделила $185 миллионов на реализацию 2 000 проектов, направленных на повышение энергоэффективности. Все электроэнергия, которую корпорация потребляет в США и странах Европейского Союза, поступает полностью из возобновляемых источников.
Компания Apple ставит целью достичь углеродной нейтральности. Для этой цели она приобрела несколько солнечных ферм, что позволяет обеспечить устойчивое энергоснабжение для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple функционируют исключительно на 100% возобновляемой энергии.
Microsoft каждый год использует более 1,3 миллиарда кВт·ч «зеленой» энергии для разработки программного обеспечения, работы своих центров обработки данных и производственной деятельности. Компания взяла на себя обязательство уменьшить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.
В нашей стране также применяется энергия приливов для выработки электричества. В Мурманской области с конца ХХ века функционирует Кислогубская приливная электростанция, которая была модернизирована в 2007 году, и в настоящее время её установленная мощность составляет 1,7 МВт.
Положительные и отрицательные стороны
Таким образом, мы пришли к выводу, что альтернативная энергетика представляет собой будущее человечества, не ограниченное ресурсами. Эти источники энергии являются бесплатными и требуют значительно меньших вложений в их разработку по сравнению с добычей традиционных углеводородов, таких как нефть, газ и уголь.
Однако у этой технологии, обеспечивающей производство энергии, есть один существенный недостаток. Это высокая стоимость самого оборудования и его установки. Речь идет о устройствах, которые можно использовать в домашних условиях, что подразумевает использование их в частных домах. Не каждый собственник недвижимости способен инвестировать значительную сумму в альтернативные источники электроэнергии и тепла.
Процесс подключения к линейным электросетям и оплата поступающих счетов достаточно прост. Либо можно использовать газ в баллонах, что также не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Однако время вносит изменения. С каждым годом суммы в этих счетах увеличиваются, и существует высокая вероятность того, что наступит момент, когда оплачивать их станет неподъемной задачей для многих. Здесь начнётся новая эра использования альтернативных источников энергии.
Основные моменты
Все типы источников энергии, которые не основываются на углеводородах, могут быть классифицированы как альтернативные. Исключение составляют гидроэлектростанции, а также системы, использующие приливы и отливы морей и океанов.
К альтернативным источникам можно отнести ветряные генераторы, солнечные коллекторы и панели, а также тепловые насосы.
Лучше всего установить в доме две различных системы из упомянутых ранее. Например, можно использовать солнечную панель и ветряной генератор.
Все перечисленные технологии функционируют на основе бесплатных источников энергии. Однако у них есть значительный недостаток – высокая стоимость оборудования.
Биоэнергетика является универсальной. Тепло, электроэнергия и топливо могут быть получены из твердой, жидкой и газообразной биомассы. В качестве возобновляемого сырья используются отходы как растительного, так и животного происхождения.
Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих ситуациях альтернативные источники энергии также представляют собой возобновляемые. Однако эти понятия не являются полностью взаимозаменяемыми, поскольку многие виды альтернативной энергии зависят от исчерпаемых ресурсов. Например, ядерная энергетика использует уран или другие тяжёлые металлы, которые необходимо предварительно добывать.
Так выглядит плазма, если ее удастся увидеть.
В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэнергетика опираются на источники, которые являются полностью возобновляемыми. Солнечные лучи представляют собой самый богатый источник энергии, и хотя их доступность ограничена погодными условиями и временем суток, они остаются неисчерпаемыми с точки зрения промышленности. Ветер также не исчезает, благодаря колебаниям давления в атмосфере и вращению Земли.
Эволюция альтернативной энергетики
На сегодняшний день альтернативная энергетика всё ещё находится на стадии своего формирования. Однако ситуация стремительно меняется под воздействием политического давления, глобальных экологических катастроф (включая засухи, голод и наводнения), а также современных улучшений в технологиях возобновляемых источников энергии.
Присоединяйтесь к нашему специализированному чату в Telegram. У нас всегда можно обсудить актуальные новости из сферы высоких технологий.
На 2015 год многие энергетические потребности мира все еще удовлетворялись за счет угля (41,3%) и природного газа (21,7%). Доля гидроэлектростанций и атомной энергетики составила 16,3% и 10,6% соответственно, тогда как «возобновляемые источники энергии» (солнечная, ветровая, биомасса и др.) занимали всего 5,7%.
Ситуация значительно изменилась с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составляло 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектрическая энергия охватывали 4,8% и 2,45%, а доля возобновляемых источников энергии была лишь 1,2%.
Помимо этого, зафиксировано увеличение числа международных соглашений, направленных на ограничение использования ископаемых ресурсов и поддержку альтернативных источников энергии. К примеру, Директива о возобновляемой энергии, принятая Европейским Союзом в 2009 году, обозначила цели по использованию возобновляемых источников энергии для всех стран-участниц к 2020 году.
Это наш союзник и противник
По сути, соглашение определяет, что Европейский Союз должен будет обеспечивать не менее 20% от общего объема своих энергетических потребностей с помощью возобновляемых источников энергии к 2020 году, а также как минимум 10% для транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела данные цели и установила новый минимум — 27% использования возобновляемой энергии к 2030 году.
Некоторые государства стали ведущими в области альтернативной энергетики. Например, в Дании ветровая энергия покрывает до 140% энергетических нужд страны; превышающие объемы поставляются в соседние государства, такие как Германия и Швеция.
Исландия, расположенная в Северной Атлантике и обладающая активными вулканами, достигла полной зависимости от возобновляемых источников энергии к 2012 году. Это стало возможным благодаря интеграции гидроэлектрической и геотермальной энергетики. В 2016 году Германия также начала реализацию стратегии поэтапного отказа от использования нефти и ядерной энергии.
Свежие новости из мира высоких технологий вы можете найти в Google News.
