Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии

Энергетика

Возобновляемые источники энергии обладают неисчерпаемым ресурсом, основой которого являются естественные природные процессы. Их использование в качестве альтернативы традиционным формам энергообеспечения давно привлекает внимание специалистов. Сегодня не менее 20 процентов электроэнергии в мире производится с помощью данных технологий.

Давайте разберемся, насколько большим потенциалом располагает возобновляемая энергия, какова перспектива её внедрения и развития, что делается в России по этому направлению.

Понятия и виды

Возобновляемая энергия поступает из природных источников, ресурс которых является практически неисчерпаемым. Они способны постоянно восстанавливаться и пополняться естественным путём. Особенность использования возобновляемой энергии заключается в её получении из естественных природных процессов и передаче потребителю для применения.

Различают возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

Оба типа являются частью природных ресурсов планеты. Невосполняемые источники энергии представлены ископаемыми органическими запасами различных видов топлива: газ, нефть, уголь, торф. Темпы потребления этих ресурсов намного опережают темпы восстановления их объемов, поэтому запасы данного типа энергетических ресурсов либо заканчиваются, либо завершатся в не таком уж далеком будущем. Особняком стоит ядерная, но её использование содержит в себе много рисков для жизни и деятельности людей. Пользование нефтью и углем ведет к загрязнению атмосферы, нарушению природной экосистемы.

Теплоэлектростанция

Энергия указанных источников добывается путем целенаправленных действий человека и ведет к дополнительному нагреву окружающей среды. Последние исследования показывают, что средняя температура земной биосферы неуклонно повышается. Это вызывает негативные изменения в климате Земли.

Возобновляемые источники энергии — это естественные источники энергии, существующие в биосфере нашей планеты и постоянно пополняющиеся за счет энергии солнца и естественных процессов. Они не являются плодом прямой человеческой деятельности, что отличает их от невозобновляемых источников.

Использование возобновляемых источников энергии не добавляет дополнительной энергетической нагрузки, не ведет к повышению температуры на Земле. Экологически они безотходны, не загрязняют среду обитания.

Главное достоинство возобновляемых источников энергии — неисчерпаемость и экологическая чистота.

Рассмотрим, какие есть возобновляемые источники энергии. Согласно определению, данному ООН, к возобновляемым источникам энергии относятся:

  • солнце;
  • ветер;
  • морские и океанские приливы и волны;
  • подземные горячие ключи,
  • гидроэнергетические ресурсы больших и малых рек.
  • продукты биомассы.

Традиционные и нетрадиционные возобновляемые источники

Выделяют два типа возобновляемых источников энергии: традиционные и нетрадиционные.

Перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к традиционным. Это источники, уже давно известные и активно используемые человечеством:

  • гидроэлектростанции;
  • традиционные способы сжигания продуктов биомассы (дров, торфа) для получения тепловой энергии;
  • геотермальные ключи.

А теперь перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к нетрадиционным. В данную группу включены ставшие применяться сравнительно недавно ресурсы:

  • солнечные станции электрической и тепловой энергии;
  • ветрогенераторы;
  • электростанции, работающие на основе энергии морских волн, течений, приливов и океана и другие новейшие генераторы возобновляемой энергии.

Солнечная энергетика

Солнце является главным источником всех жизненных процессов на Земле, относится к альтернативным источникам. Его возобновляемая энергия может в неисчерпаемых количествах преобразовываться в электрическую или тепловую. Область науки и производства, которая занимается этим, называется солнечная энергетика (гелиоэнергетика).

Солнечные электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью солнечных коллекторов, фотоэлектрических преобразователей. Крупнейшая фотоэлектрическая станция в штате Калифорния, США имеет мощность не менее 550 МВт:

С каждым годом возрастает количество станций. За последние 10 лет производство фотоэлектрических панелей увеличилось более чем в шесть раз.

Оборудование и конструкции станций просты в монтаже и удобны в обслуживании. Однако степень развития науки и техники на сегодняшний день не позволяют добиться экономически выгодной отдачи от их работы. К тому же установки занимают огромные площади, батареи стоят больших денег. Тем не менее, мировые инвестиции в развитие этого вида возобновляемой энергии достигли 26 млрд долларов в год.

Гидроэнергетика

К возобновляемым источникам энергии относятся широко распространенные гидроэлектростанции. На этих объектах используется потенциальная энергия водных потоков.

Традиционные гидроэлектростанции

Возводят гидроэлектростанции, как правило, на реках. Для создания необходимого давления воды создают мощные плотины и объемные хранилища воды. Как разновидность, используют бесплотинные ГЭС.

Данным объектам (ГЭС) гидроэнергетики присущи следующие особенности.

Положительные:

  1. высокий КПД при сравнительно малых экономических затратах на строительство и дальнейшую эксплуатацию станции, отсюда низкая себестоимость электроэнергии;
  2. отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
  3. водохранилище как фактор, улучшающий микроклимат в районе ГЭС;
  4. возможность разведения рыб;
  5. предотвращает появление паводков, используется для орошения сельхозугодий, технического применения на заводах;
  6. обладают механизмом регулирования потребления энергии.

Отрицательные:

  1. водохранилища затопляют обширные территории, занимают земли, пригодные для сельского хозяйства;
  2. перекрытие рек существенно меняет условия для обитания ценных видов проходных рыб, многие из которых исчезают из облюбованных ранее водоемов.

Гидроэлектростанции, как возобновляемые источники энергии, эффективны для поставки электроэнергии в горные участки. Они имеются в Швейцарии, на территории России. В мировом объеме поставляемой энергии доля гидроресурсов составляет около трех процентов. В Канаде, Исландии и Китае основную часть электроэнергии вырабатывают именно гидростанции.

Красноярская гидроэлектростанция

В России строительство гидроэлектростанций всегда считалось выгодным направлением. В наши дни гидростанции вырабатывают 6 процентов электроэнергии страны. Площади крупнейших водохранилищ ГЭС составляют тысячи квадратных километров. В пример можно привести размеры Самарского водохранилища, площадь которого превышает 6400 км2.

Приливные электростанции

Особой разновидностью гидроэнергетики являются приливные электростанции, работающие на основе использования энергии приливов и отливов. Они возводятся на побережьях, где под воздействием гравитационных сил Солнца и Луны ежедневно меняется уровень воды морских и речных водоемов. Залив или устье реки перегораживают дамбой. Встроенный в неё гидроагрегат с огромными лопастями и преобразует силу прибоя в электроэнергию.

Так устроена приливная гидроэлектростанция

Такая форма получения энергии из неисчерпаемого источника очень экологична, имеет малую себестоимость. Однако само строительство требует больших вложений. Кроме того, перепады в мощности не позволяют поставлять электроэнергию в постоянном режиме. Тем не менее, станции ПЭС ценят за высокую эффективность и малое влияние на экологию. Их строительство продолжается во многих странах.

Волновые электростанции

Энергия волн представляет собой огромный потенциал. Удельную мощность морских и океанских волновых колебаний оценивают гораздо выше солнечной и ветровой. Специалисты подсчитали, что мощность волн мирового океана равна примерно 30 процентам всей потребляемой электроэнергии на Земле.

Волновая гидроэлектростанция Oyster в Шотландской прибрежной зоне мощностью 600 кВт

Работа волновых электростанций построена на превращении потенциальной энергии волн в электрическую. Выбор места строительства подобных объектов получения электричества обусловлен особенностями региона, наличием крупных водоемов и сильных ветров.

Гидроэнергетика будущего

Гидроэнергетика не стоит на месте. Постоянно придумываются новые специфические виды использования силы мирового океана. К примеру, в данный момент разрабатываются технологии использования в энергетике морских течений и разницы температур на различных глубинах.

Океанские и морские течения (Куросио, Гольфстрима и т.п.) также обладают определенной энергетической силой, потенциал которой на практике пока не оценен. Но ученые и проектировщики считают возведение гидростанций, использующих энергию водных течений, перспективном направлением в морской энергетике. Согласно технологии, применяют специальные преобразователи в виде объемных и водяных насосов.

Роторная система Seagen, расположенная у побережья Ирландии, преобразует энергию течений в электроэнергию

Электроэнергию можно получать, используя разницу температур поверхности и глубинных слоев моря или океана. Разность на глубине 400 м и верхнего слоя воды составляет 12 градусов. В данный момент уже существуют экспериментальные системы преобразования разницы температур в электричество, основанные на пьезоэффекте.

Ветроэнергетика

Ветер является старым, хорошо испробованным источником возобновляемой энергии. Примеры его применения в ветряных мельницах и на парусных судах известны каждому школьнику.

Ветроэнергетика специализируется на превращении силы ветра в механическую, тепловую и электрическую форму энергии. Ветрогенераторы сегодня производятся различной мощности, которая зависит от площади, охватываемой лопастями турбины. Генераторы производства лидера в этой сфере фирмы Vestas из Дании, достигают в высоту более 110 метров.

Чтобы эффективнее улавливать мощные воздушные потоки, ветряные генераторы удобнее всего устанавливать либо на побережье, либо в открытом море. На расстоянии в 10 и более километров от берега сооружают на сваях целые ветряные электростанции. Они практически не потребляют традиционное топливо.

Ветроэлектростанция в открытом море

Работать аппараты начинают при скорости ветра 3 м/с, для оптимальной работы требуется 15 м/с. При сильных порывах выше 25 м/с генератор необходимо отключать, чтобы устройство не вышло из строя. Требование определенного диапазона скоростей – один из недостатков ветряной системы.

Другим существенным недостатком этого вида получения электричества являются высокая стоимость, превышающая затраты в угольной энергетике, и необходимость выделения под ветровые установки большого объема земель. Жужжащий звук, который издают работающие турбины, плохо переносится людьми, вынужденными жить по соседству с ними.

Несмотря на это, по объемам вырабатываемой электроэнергии ветроэнергетика занимает второе место после гидроэнергетической отрасли. Её роль и значение признается во всем мире.

Использование возобновляемых источников электричества в виде ветрогенераторов и солнечных станций позволяет решить проблемы с доставкой электроэнергии в удаленные, труднодоступные районы Севера. А учитывая их исключительную экологическую чистоту, эти виды возобновляемых источников энергии могут быть востребованы в густонаселенных регионах с плохой окружающей средой.

Геотермальная энергетика

К возобновляемой энергетике относятся и геотермальные ресурсы. В местах, где горячая вода бьет из-под земли, её тепловую энергию используют как возобновляемую. На территориях с вулканическим происхождением, где кипящие гейзеры выходят на поверхность, строят специализированные ГеоТЭС.

Путем бурения скважин получают доступ к подземным источникам. Подобные электростанции не нуждаются в искусственном подогреве воды, что делает их экологически более чистыми, чем обычные ТЭС.

Мутновская геотермальная электростанция на Камчатке

Тепловую энергию Земли можно использовать для получения электроэнергии, организации горячего водоснабжения, отопления промышленных и жилых зданий, обеспечения различных технологических процессов.

Возобновляемые источники энергии в России с использованием естественных геотермальных ресурсов имеют большой потенциал, оцениваемый специалистами в 100 млн т условного топлива в год. Возможность построения соответствующих станций имеется на Курилах, Сахалине и Камчатке. Одна из них действует на Камчатке, у берегов реки Паужетки. Мощность построенной геотермальной электростанции на подземных водах составляет 5 МВт.

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.

Будущее возобновляемых источников энергии

За последние годы человечество в полном объеме осознало необходимость перехода на возобновляемую энергетику. И дело не только в истощении традиционных источников, экономической выгоде отдельных энергетических проектов. В настоящее время все отчетливее проявляется негативное воздействие антропогенных факторов, ведущее к ухудшению жизни людей во всех частях света.

Сегодня мировой потенциал возобновляемых источников энергии оценивают в 20 млрд. у.т. в год, что значительно выше годового оборота всех типов добываемого из-под земли топлива. В крупнейших государствах объем производства электроэнергии из возобновляемых ресурсов к 2020 г. возрастет по сравнению с 2000 годом в два раза. В Германии уже производится 38% электроэнергии на базе возобновляемых источников. В течение 10 лет мировые капитальные вложения в возобновляемую энергетику возросли со 130 до 280 млрд долларов.

Возобновляемая энергетика в России пока отстает по своим показателям от многих стран. Её объем составляет лишь 4 процента от общего количества энергоресурсов. Между тем, возобновляемые источники электроэнергии в России имеют огромный потенциал, уровень которого оценивается в 270 млн тонн условного топлива в год.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *