Виды нетрадиционной энергетики – Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Альтернативные источники энергии для частного дома: виды и проекты

ВИДЫ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

ВИДЫ  НЕТРАДИЦИОННОЙ  ЭНЕРГЕТИКИ  И  ИХ  ХАРАКТЕРИСТИКИ

Мигалин  Никита  Вадимович

студент  2  курса,  СТПТ,  РФ,  г.  Самара

E-mail:  [email protected]

Исаев  Николай  Владимирович

студент  2  курса,  СТПТ,  РФ,  г.  Самара

E-mail:  [email protected]

Попова  Светлана  Владимировна

научный  руководитель,  преподаватель  высшей  категории  СТПТ,  РФ,  г.  Самара

Email[email protected]

Полякова  Татьяна  Юрьевна

научный  руководитель,  преподаватель  специальных  дисциплин  высшей  категории  СТПТ,  РФ,  г.  Самара

 

Проблема  энергосбережения  в  наши  дни  весьма  актуальна,  так  как  энергетика  имеет  большое  значение  в  жизни  человечества.  Природные  ресурсы  Земли  начинают  истощаться  и  человечество  вынуждено  находить  новые  источники  энергии  для  обеспечения  своей  жизни.  Поэтому  современные  учёные  всё  больше  и  больше  проводят  свои  исследования  в  области  энергетики.  Энергетика  —  это  область  хозяйства,  охватывающая  энергетические  ресурсы:  выработку,  преобразование  и  использование  различных  видов  энергии  [2].

Под  энергетической  системой  следует  понимать  совокупность  природных  и  искусственных,  созданных  человеком  объектов,  предназначенных  для  получения,  преобразования,  распределения  и  потребления  энергетических  ресурсов  всех  видов.  Существует  два  вида  энергетических  ресурсов:  традиционные  (возобновляемые:  органическое  и  ядерное  топливо)  и  нетрадиционные,  которые  основаны  на  употреблении  неисчерпаемых  возобновляемых  энергоресурсов.

Экологические  организации  всего  мира  неустанно  предупреждают,  что  применение  традиционных  энергоресурсов  приводит  к  сильному  загрязнению  окружающей  среды.  Уже  существует  ряд  достаточно  злободневных  проблем,  связанных  с  их  использованием.  К  таким  острым  проблемам  можно  отнести:  ограниченность,  влияние  на  состав  атмосферного  воздуха,  образование  отходов,  сброс  минерализованных  и  нагретых  вод,  глобальное  потребление  кислорода,  нарушение  пластов  земной  коры,  влияние  на  климат,  изъятие  больших  площадей  для  захоронения  отходов  и  др.  Современные  экологи  усиленно  призывают  обратить  своё  повышенное  внимание  к  нетрадиционным  источникам  энергии:  солнечная  энергия,  космическая  энергия,  геотермальная  энергия,  энергия  морей  и  океанов,  морских  течений,  морских  волн  и  приливов,  энергия  морского  дна  и  водорослей,  энергия  ветра,  энергия  хозяйственных  отходов  и  др.  Вопросы  использования  нетрадиционной  энергии  в  народном  хозяйстве  являются  в  наше  время  не  только  очень  актуальными  и  требующими  подробного  анализа,  но  и  весьма  перспективными  в  рамках  развития  их  как  отдельной  отрасли.

Весьма  значительным  недостатком  использования  человечеством  нетрадиционной  энергии  в  отличие  от  традиционной  является  то,  что  на  развитие  нетрадиционной  энергии  очень  интенсивно  влияет  экономический  фактор.  Вырабатывание  нетрадиционной  энергии  ограничивается  очень  высокими  экономическими  затратами  и  дорогой  себестоимостью  в  энергетических  единицах.  А  современный  человек,  к  сожалению,  считает,  что  чем  дешевле,  тем  лучше.  Он  не  хочет  осознавать,  что  в  расчёт  себестоимости  энергетической  единицы  обязательно  необходимо  закладывать  экономические  затраты  на  восстановление  окружающей  среды  после  причиненного  ей  шлаками  и  отходами  ущербом.  Примерное  экономическое  сравнение  электростанций  разного  типа  (на  1991  г.)  представлено  в  таблице  1.

Таблица  1.

Экономическое  сравнение  электростанций  разного  типа

Тип  электростанции

Затраты  на  строительство

USD/кВт

Стоимость  производственной  энергии,  цент/кВт*ч

ТЭС  на  угле

1000—1400

5,2—6,3

АЭС

2000—3500

3,6—4,5

ГЭС

1000—2500

2,1—6

ВЭС

300—1000

4,7—7,2

Приливные  (ПЭС)

1000—3500

5—9

Волновые

От  13000

От  15

Солнечные  (СЭС)

От  14000

От  20

 

Экономически  целесообразным  считается  строительство  электростанций  с  удельными  капитальными  затратами  до  200  USD/кВт.  В  таблице  2  показаны  удельные  мощности  нетрадиционных  возобновляемых  источников  энергии  для  сопоставления  и  сравнения  с  традиционными  источниками  [2].

Таблица  2.

Удельные  мощности  нетрадиционных  возобновляемых  источников  энергии.

Источник

Мощность,  Вт/ 15 Рј 2 «>

Примечание

Солнце

100—250

 

Ветер

1500—5000

При  скорости  8—12  м/с,  но  может  быть  и  болше

Геотермальное  тепло

0,06

 

Ветровые  океанические  волны

3000  Вт/пог.  м

Может  достигать  10000  Вт/пог.м

Для  сравнения:

Двигатель  внутреннего  сгорания

Турбореактивный  двигатель

Ядерный  реактор

около  100  кВт/л

до  1  МВт/л

до  1  МВт/л

 

 

Попробуем  более  подробно  рассмотреть  возможности  и  характеристики  нетрадиционной  энергетики.

Ветроэнергетика  —  это  получение  механической  энергии  ветра  с  последующим  преобразованием  её  в  электрическую.  Примером  использования  энергии  ветра  могут  служить  всем  известные  мельницы.  Ветровые  двигатели  бывают  с  вертикальной  или  горизонтальной  осью  вращения,  для  которых  существует  ограничение  скорости  ветра  не  менее  5  м/с.  Самый  большой  недостаток  —  только  сильный  шум.

Потенциал  ветроэнергетики  во  всём  мире  достаточно  велик  и  вызывает  большой  интерес.  Использование  ветроэнергетики  в  Европе  достигает  более  20  %.  Этот  объём  электроэнергии  мог  бы  удовлетворить  практически  все  потребности  Европы.  В  структуре  электропотребления  Белоруссии,  Германии,  Дании  и  Великобритании  очень  активно  используют  ветроэнергетику.  Последние  результаты  опытно-экспериментальной  работы  в  рамках  строительства  ветровых  генераторов,  способных  работать  при  низких  скоростях,  инженерами  разных  стран  показали,  что  этот  вид  получения  электроэнергии  становится  экономически  оправданным.  Но  этот  вид  энергии  рентабелен  только  в  небольших  поселениях.  В  густонаселённых  районах  строить  ВЭС  не  имеет  смысла.  Опыт  применения  энергии  ветра  развитых  государств  показывает,  что  наиболее  оптимальными  являются  ветроустановки  мощностью  более  100  кВт/час  [1].  В  Дании  стоимость  1  кВт/час  произведённой  на  ветроэлектростанции,  гораздо  дешевле,  чем  на  теплоэлектростанции.

Гелиоэнергетика  —  получение  энергии  от  Солнца.  В  мире  используются  несколько  технологий  добычи  солнечной  энергии.  Самым  ярким  примером  может  служить  солнечная  батарея,  которая  работает  от  последовательно  собранных  фотоэлектрогенераторов,  напрямую  преобразующих  излучения  Солнца  в  электричество.  Получение  электроэнергии  от  солнечных  лучей  не  даёт  вредных  выбросов  в  атмосферу,  а  производство  и  утилизация  стандартных  солнечных  батарей  наносят  мало  вреда  окружающей  экологии.  Недостаток  солнечных  батарей  —  большие  объёмы.  Хотя  и  этот  недостаток  устраним,  солнечные  батареи  можно  размещать  на  крышах  домов,  вдоль  трасс  и  шоссейных  дорог,  строить  специальные  сооружения  на  вершинах  холмов  и  в  богатой  солнцем  пустыне.

Солнечные  батареи  имеют  свои  особенности.  Они  должны  располагаться  на  значительном  расстоянии  друг  от  друга,  а  их  модульные  конструкции  можно  легко  транспортировать  и  устанавливать  в  другие  районы.  В  связи  с  мобильностью  солнечных  батарей  их  использование  в  сельской  местности  дают  более  дешёвую  электроэнергию.  Если  учесть,  что  солнечных  лучей  на  земном  шаре  можно  найти  в  колоссальных  объёмах,  то  солнечные  батареи  существенно  выигрывают  в  этом  по  отношении  к  другим  нетрадиционным  источникам.  Жители  отдалённых  районов  часто  используют  энергию  солнечных  батарей  для  освещения  своих  домов,  для  нужд  здравоохранения  и  также  при  подъёме  воды  из  скважин.

Но  у  солнечных  батарей  есть  один  существенный  недостаток,  сдерживающий  их  повсеместное  использование  на  блага  людей  —  это  их  высокая  стоимость.  Хотя  в  этом  направлении  проводятся  исследования  и  со  временем  учёные  разработают  наиболее  дешёвые  и  эффективные  технологии  их  применения.  Нынешняя  стоимость  солнечной  энергии  равняется  4,5  доллара  на  1  Вт  мощности,  а  это  примерно  в  6  раз  дороже  традиционных  источников.  В  тот  период,  когда  стоимость  солнечной  энергии  будет  равняться  или  даже  меньше  стоимости  сжигания  природных  ресурсов,  развитие  этой  энергетической  отрасли  получит  своё  успешное  развитие.  На  данном  этапе  рост  гелиоэнергетики  составляет  6  %,  а  рост  потребления  нефтяных  запасов  земли  всего  лишь  чуть  более  1,5  %.

Биоэнергетика  —  это  энергетика,  основанная  на  использовании  биотоплива  (водоросли  и  древесина,  торф)  и  получения  биогаза.  Биомасса  считается  самой  дешёвой  формой  восстановления  природной  энергии  и  включает  в  себя  любые  материалы  биологического  происхождения,  продукты  жизнедеятельности  животных  и  отходы  органического  происхождения.  Ежегодный  прирост  биомассы  на  Земле  эквивалентен  производству  такого  количества  энергии,  которое  более  чем  в  десять  раз  превышает  потребление  энергии  всем  человечеством  в  год.

Геотермальная  энергетика  —  получение  энергии  от  внутреннего  тепла  Земли.  Различают  два  вида  геотермальной  энергетики:  естественную  (от  природных  термальных  источников)  и  искусственную  (закачка  в  недра  Земли  воды).  Данный  вид  энергии  используется  достаточно  узко,  в  частности  для  обогрева  теплиц.

Космическая  энергетика  —  получение  солнечной  энергии  при  помощи  особых  геостационарных  спутников  Земли,  которые  передают  приобретенную  энергию  на  специальные  наземные  приёмники.  На  этих  спутниках  солнечная  энергия  аккумулируется  и  трансформируется  в  электрическую  энергию  в  виде  электромагнитного  луча  сверхвысокой  частоты.  К  этому  виду  энергии  относят  также  энергию  взаимодействия  Земли  и  Луны.

Морская  энергетика  —  основана  на  морских  приливах  и  отливах,  энергии  морского  течения.  Но  этот  вид  получения  энергии  малорентабелен  из-за  разрушающего  действия  на  оборудование  морской  воды.

В  наши  дни  очень  активно  проводятся  научные  исследования  по  созданию  энергетических  установок  и  разработке  наиболее  эффективных  технологий  по  применению  энергии  гравитации,  вакуума,  низких  температур.  Так  что  на  нашей  Земле  находится  неиссякаемый  источник  различных  видов  энергии.  Уровень  её  развития  отражает  уровень  развития  производственных  сил  общества  и  возможности  научно-технического  прогресса  и  уровень  жизни  людей.

 

Список  литературы:

  1. Свидерская  ОВ.  Основы  энергосбережения:  ответы  на  экзаменационные  вопросы//  О.В.  Свидерская.  Минск:  тетраСистемс.  2008.  —  176  с.
  2. Тарасенко  В.В.  Энергосбережение  и  его  роль  в  решении  экологических  проблем//  В.В.  Тарасенко,  Энергоэффективность.  —  2000.  —  №  10.  —  С.  15—16.

 

Альтернативная энергетика — Википедия

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 при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Направления альтернативной энергетики[править | править код]

Альтернативный источник энергии[править | править код]

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию»[1]. 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, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. 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[править | править код]
Источники энергии, используемые человеком
Способ использования Энергия, используемая человеком Первоначальный природный источник
Солнечные электростанции Электромагнитное излучение Солнца Солнечный ядерный синтез
Ветряные электростанции Кинетическая энергия ветра Солнечный ядерный синтез,

Движения Земли и Луны

Традиционные ГЭС

Малые ГЭС

Движение воды в реках Солнечный ядерный синтез
Приливные электростанции Движение воды в океанах и морях Движения Земли и Луны
Волновые электростанции Энергия волн морей и океанов Солнечный ядерный синтез,

Движения Земли и Луны

Геотермальные станции Тепловая энергия горячих источников планеты Внутренняя энергия Земли
Сжигание ископаемого топлива Химическая энергия ископаемого топлива Солнечный ядерный синтез в прошлом.
Сжигание возобновляемого топлива
традиционное
нетрадиционное
Химическая энергия возобновляемого топлива Солнечный ядерный синтез
Атомные электростанции Тепло, выделяемое при ядерном распаде Ядерный распад

Примечания

  1. Зелёным шрифтом обозначены нетрадиционные способы использования энергии.
  2. Зелёным цветом залиты возобновляемые источники энергии.
Ветроэнергетика[править | править код]

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

Биотопливо[править | править код]
Гелиоэнергетика[править | править код]

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.
  • Энергетическая башня, совмещает солнечную и ветроэнергетику. Есть два варианта. Первый — охлаждение нагретого солнцем воздуха на высоте нескольких сотен метров и преобразование кинетической энергии нисходящих потоков воздуха в электроэнергию. Второй — нагревание солнцем почвы и воздуха в очень большом парнике и преобразование кинетической энергии восходящего потока воздуха в электроэнергию.
  • Фотоэлектрические элементы
  • Наноантенны
Альтернативная гидроэнергетика[править | править код]
Российский волновой генератор
«Ocean 160»
Геотермальная энергетика[править | править код]

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.

  • Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
  • Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)
Мускульная сила человека[править | править код]

Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время её значение растёт вместе с ростом использования транспортных средств на мускульной тяге — велосипед, самокат, веломобиль и т. п.

Грозовая энергетика[править | править код]

Грозовая энергетика — это способ использования энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Компания Alternative Energy Holdings в 2006 году объявила о создании прототипа модели, которая может использовать энергию молнии. Предполагалось, что эта энергия окажется значительно дешевле энергии, полученной с помощью современных источников, окупаться такая установка будет за 4—7 лет.[6][7]

Криоэнергетика[править | править код]

Криоэнергетика — это способ аккумулирования избыточной энергии посредством сжижения воздуха.

В промышленной зоне Слау построена первая в мире 300-киловаттная криогенная аккумулирующая электростанция[8].

В феврале 2011 года от Highview Power Storage отсоединился стартап Dearman Engine, занимающийся разработкой криогенных двигателей [9].

В ВМФ Швеции субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Двигатели работающие на жидком кислороде, который используется в дальнейшем для дыхания, имеют очень низкий уровень шума.

Гравитационная энергетика[править | править код]

Гравитационная энергетика — аккумулирование избыточной энергии посредством запасания её в виде потенциальной энергии гравитационного поля.

Компания Energy Vault разработала проект гравитационной аккумулирующей электростанции, представляющей собой подъёмный кран с шестью стрелами, электродвигатели которого работают как электрогенераторы при спуске блоков, и поставленные друг на друга блоки. Когда в электросеть поступает избыточная энергия, она тратится на поднятие блоков. А в часы-пик, при спуске блоков кранами, энергия возвращается в сеть[10].

Управляемый термоядерный синтез[править | править код]

Синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер. До сих пор не применяется.

Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии[править | править код]

Распределённое производство энергии[править | править код]

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.

Водородная энергетика[править | править код]

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.

Космическая энергетика[править | править код]

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на околоземной орбите или на Луне. Электроэнергия будет передаваться на Землю в форме микроволнового излучения[11]. 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[12].

Перспективы в России[править | править код]

Россия может получать 10 % энергии из ветра[2].

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. Также, один из основных[уточнить] 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)[13].

В 2017 году администрация городского округа Химки запустила проект по созданию Центра альтернативной энергетики, который будет разрабатывать новые схемы обеспечения электроэнергией промышленных предприятий и городского хозяйства. Центр будет организован на базе расположенного на Ленинградском шоссе дилерского центра садово-парковой техники «Юнисоо»[14].

В 2019 году в Мурманской области ветропарк создаётся на побережье Баренцева моря, неподалёку от села Териберка. Ввод в эксплуатацию запланирован на декабрь 2021 года. По данным региональных властей, его мощность составит 201 МВт, ветроэнергетические установки смогут в течение года производить 750 ГВт/час, что позволит сократить выбросы углекислого газа в атмосферу.[источник не указан 96 дней]

Ambox outdated serious.svg

Информация в этом разделе устарела.

Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.

Согласно отчёту ООН, в 2008 году во всём мире было инвестировано $140 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в добычу угля и нефти было инвестировано $110 млрд.

Во всём мире в 2008 году инвестировали $51,8 млрд в ветроэнергетику, $33,5 млрд в солнечную энергетику и $16,9 млрд в биотопливо. Страны Европы в 2008 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки — $30 млрд, Китай — $15,6 млрд, Индия — $4,1 млрд[15].

В 2018 году инвестиции в сектор возобновляемой энергетики достигли показателя $ 288,9 млрд. На глобальном уровне солнечная энергетика по-прежнему осталась основным направлением инвестиций с показателем $139,7 млрд в 2018 году (сокращение на 22 %). Инвестиции в сферу ветроэнергетики в 2018 году увеличились на 2 % и достигли показателя в $134,1 млрд. На остальные секторы пришёлся значительно меньший объём инвестиций, хотя инвестиции в биоэнергетику и производство энергии путём сжигания отходов увеличились на 54 % и составили $8,7 млрд.[источник не указан 96 дней]

В 2010 году альтернативная энергия (не считая гидроэнергии) составляла 4,9 % всей потребляемой человечеством энергии. В том числе для отопления и нагрева воды (биомасса, солнечный и геотермальный нагрев воды и отопление) 3,3 %; биогорючее 0,7 %; производство электроэнергии (ветровые, солнечные, геотермальные электростанции и биомасса в ТЕС) 0,9 %.[16]

В Австралии в 2015 году 9,1 % электроэнергии вырабатывался из нетрадиционных возобновляемых источников (ВИЭ без крупной гидроэнергетики).

По состоянию на 2017 год альтернативные источники энергии выработали 9,6 % электроэнергии в США, включая 6,3 % из ветровых и 1,3 % из солнечных электростанций. С учётом больших ГЭС, вклад возобновляемых источников энергии составил 17,1 % от выработанного в США электричества.

В 2018 году, согласно данным BP, доля альтернативных возобновляемых источников энергии (без крупных ГЭС) составила 8,4 % в мировой генерации электричества.

За первую половину 2019 года в Германии возобновляемые источники (ВИЭ) впервые выработали больше энергии, чем угольные и атомные электростанции. Доля электроэнергии, произведённой из энергии солнца, ветра, биомассы и воды, составила 47,3 %.[источник не указан 96 дней]

Альтернативная энергия | источники, виды, использование

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

 

Что такое альтернативная энергия?

альтернативные источники энергии

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.


Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.


Ресурсы возобновляемой энергии


  • Солнечный свет
  • Водные потоки
  • Ветер
  • Приливы
  • Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (недра Земли)

 

Альтернативные виды энергии


1. Солнечная энергия

альтернативный источник энергии солнца

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.

 

2. Ветроэнергетика

ветряные мельницы

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

 

3. Гидроэнергия

гидроэлектростанция

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

 

4. Волновая энергетика

волновая электростанция wave star energy

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

 

5. Энергия приливов и отливов

приливная электростанция

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

 

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

гидротермальная станция

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

 

7. Энергия жидкостной диффузии

осмотическая станция

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

 

8. Геотермальная энергия

геотермальная станция в исландии

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

 

9. Биотопливо

дрова биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
  • Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

 

Плюсы и минусы альтернативной энергии

работник изучает солнечные батареи

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.


Преимущества:


  • Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:


  • Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
  • Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
  • Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
  • Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

 

Возобновляемая энергия в мире

солнечные батареи в Китае

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.


Германия


40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.


Исландия


У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.


Швеция


После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.


Китай


В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

 

Альтернативная энергия в Россиисаяно-шушенская гэс

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

 

Виды возобновляемой энергии в России


Солнечная энергия


Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.


Ветровая энергетика


Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».


Гидроэнергетика


Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».


Геотермальная энергетика


За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.


Биотопливо


Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

 

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

монтаж солнечной батареи

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.


First Solar Inc.


Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.


Vestas Wind Systems A/S


Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.


Atlantica Yield PLC


Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.


ABB Ltd. Asea Brown Boveri


Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.


Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?


Виды нетрадиционной энергетики.

Ветровая энергетика – это получение механической энер­гии от ветра с последующим преобразованием ее в электричес­кую. Имеются ветровые двигатели с вертикальной и горизон­тальной осью вращения. Энергию ветра можно успешно исполь­зовать при скорости более 5 м/с. Недостатком является шум.

Гелиоэнергетика — получение энергии от Солнца. Имеет­ся несколько технологий солнечной энергетики. Фотоэлектро­генераторы для прямого преобразования энергии излучения Солнца, собранные из большого числа последовательно и па­раллельно соединенных элементов, получили название сол­нечных батарей.

Получение электроэнергии от лучей Солнца не дает вред­ных выбросов в атмосферу, производство стандартных сили­коновых солнечных батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.

Солнечные батареи занимают много места. Однако в срав­нении с другими источниками, например с углем, они вполне приемлемы. Более того, солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, а также использо­ваться в богатых солнцем пустынях.

Особенности солнечных батарей позволяют располагать их па значительном расстоянии, а модульные конструкции мож­но легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому солнечные батареи, применяемые в сельской мест­ности и в отдаленных районах, дают более дешевую электро­энергию. И, конечно, солнечных лучей по всему земному шару найдется больше, чем других источников энергии.

Биоэнергетика — это энергетика, основанная на использо­вании биотоплива. Она включает использование раститель­ных отходов, искусственное выращивание биомассы (водорос­лей, быстрорастущих деревьев) и получение биогаза. Биогаз — смесь горючих газов (примерный состав: метан — 55—65 %, углекислый газ — 35—45 %, примеси азота, водо­рода, кислорода и сероводорода), образующаяся в процессе би­26елоруссии26го разложения биомассы или органических быто­вых расходов. Способы промышленного получения биогаза из­вестны с конца прошлого века (1885 г.). В мире эксплуатиру­ется более 8 млн установок для получения биогаза.

Биомасса — наиболее дешевая и крупномасштабная фор­26е аккумулирования возобновляемой энергии. Под терми­ном «биомасса» подразумеваются любые материалы биологи­ческого происхождения, продукты жизнедеятельности и от­ходы органического происхождения. Биомасса будет на Зем­ле, пока на ней существует жизнь.

Малая гидроэнергетика. В настоящее время признанных единых критериев причис­ления ГЭС к категории малых гидростанций не существует. У нас принято считать малыми гидростанции мощностью от 0,1 до 30 МВт, при этом введено ограничение по диаметру рабочего колеса гидротурбины до 2 м и по единичной мощности гид­роагрегата — до 10 МВт. ГЭС установленной мощностью менее 0,1 МВт выделены в категории микро-ГЭС.

Малая гидроэнергетика в мире в настоящее время пережи­вает третий виток в истории своего развития. Строительство первых ГЭС началось еще в прошлом веке, когда они предназ­начались для энергоснабжения отдельных заводов и поселков. Затем темпы их строительства замедлились из-за конкурен­ции небольших тепловых электростанций. Второй этап массо­вого строительства малых ГЭС пришелся на конец 40-х — на­чало 50-х гг., когда тысячи малых гадростанций строились колхозами, совхозами, предприятиями и государством. В 80—70-х гг. сотни и тысячи малых ГЭС были выведены из эксплуатации либо законсервированы, либо ликвидированы из-за быстрого развития большой энергетики на базе крупных тепловых гидравлических и атомных станций.

На третьем витке возрождение малых ГЭС, естественно, происходит на новом техническом уровне основного энергети­ческого оборудования, степени автоматизации и компьютери­зации.

Согласно водноэнергетическому кадастру 1960 г. потенци­альная мощность рек Беларуси, подсчитанная на основании данных об их падении и водоносности, составляет 855 МВт или 7,5 млрд кВт-ч в год. Технически возможные к использо­ванию гидроэнергоресурсы оцениваются в 3 млрд кВт-ч в год.

В настоящее время в Беларуси общая мощность 11 малых ГЭС составляет около 7 тыс. кВт, или 0,8 % ее возможных к техническому использованию гидроэнергоресурсов. Для срав­нения: в Китае их освоено 12 %.

В современных условиях Беларуси использование энергии течения рек представляется перспективным путем решения проблемы уменьшения зависимости энергетики республики от импорта топлива, что также будет способствовать улучше­нию экологической обстановки.

Геотермальная энергетика — получение энергии от внут­реннего тепла Земли. Различают естественную и искусствен­ную геотермальную энергию — от природных термальных ис­точников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Данный вид энергетики широко применяется для бытовых целей и отопления теплиц. Имеются геотермальные ТЭС. Недостаток — токсичность термальных вод и химичес­кая агрессивность жидкостей и газов.

Космическая энергетика — получение солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узко-направленной передачей энергии на наземные приемники.

На этих спутниках солнечная энергия трансформируется в электрическую и в виде электромагнитного луча сверхвысо­кой частоты передается на приемные станции на Земле, где преобразуется в электрическую энергию. Мощность одной ор­битальной станции может составить от 3000 до 15 000 МВт.

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отли­вов (Кислогубская ЭС на Кольском полуострове), морских тече­ний и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику. Пока морская энер­гетика малорентабельна из-за разрушающего воздействия на оборудование морской воды. Приливная энергетика рентабельна на побережьях морей с исключительно высокими приливами.

Низкотемпературная энергетика — получение энергии с использованием низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха, вернее разности в температурах их различных слоев. Промышленное получение энергии с использованием разнос­ти температур на поверхности и в глубинах океана пока не вы­ходит за рамки опытных установок.

«Холодная» энергетика — способы получения энергоноси­телей путем физико-химических процессов, идущих при низ- ких температурах и сходных с происходящими в растениях. Например, разложение воды на асимметричных мембранах под воздействием солнечного света. Молекула воды распадает­ся на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны этой мембраны. Водород затем используют как энергоноси­тель. КПД таких мембран в последние годы удалось заметно повысить, а цену — понизить. Вероятно, это перспективный путь. Предполагается, что водород будет широко использо­ваться в авиации, водном и наземном транспорте, промыш­28елорус, сельскохозяйственном производстве. Сжигание во­дорода не дает вредных выбросов, но он взрывоопасен.

Управляемая термоядерная реакция. Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком сое­динении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана.

Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выде­ляется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, появится неогра­ниченный источник энергии.

Ученые уверены, что в начале следующего тысячелетия по­лучение энергии за счет термоядерного синтеза превратится из чисто теоретической концепции в обыденную реальность.

Другие виды нетрадиционной энергетики

Геотермальная энергетика – получение энергии от внутреннего тепла Земли. Различают естественную и искусственную геотермальную энергию – от природных термальных источников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Данный вид энергетики широко применяется для бытовых целей и отопления теплиц. Имеются геотермальные ТЭС. Недостаток – токсичность термальных вод и химическая агрессивность жидкостей и газов.

Космическая энергетика – получение солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узконаправленной передачей энергии на наземные приемники.

На этих спутниках солнечная энергия трансформируется в электрическую и в виде электромагнитного луча сверхвысокой частоты передается на приемные станции на Земле, где преобразуется в электрическую энергию. Мощность одной орбитальной станции может составить от 3000 до 15000 МВт.

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов (Кислогубская ЭС на Кольском полуострове), морских течений и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику. Пока морская энергетика малорентабельна из-за разрушающего воздействия на оборудование морской воды. Приливная энергетика рентабельна па побережьях морей с исключительно высокими приливами.

Низкотемпературная энергетика – получение энергии с использованием низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха, вернее разности в температурах их различных слоев. Промышленное получение энергии с использованием разности температур на поверхности и в глубинах океана пока не выходит за рамки опытных установок.

«Холодная» энергетика – способы получения энергоносителей путем физико-химических процессов, идущих при низких температурах и сходных с происходящими в растениях. Например, разложение воды на асимметричных мембранах под воздействием солнечного света. Молекула воды распадается на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны этой мембраны. Водород затем используют как энергоноситель. КПД таких мембран в последние годы удалось заметно повысить, а цену – понизить. Вероятно, это перспективный путь. Предполагается, что водород будет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйственном производстве. Сжигание водорода не дает вредных выбросов, но он взрывоопасен.

Управляемая термоядерная реакция. Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком соединении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана.

Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выделяется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, появится неограниченный источник энергии.

Ученые уверены, что в начале следующего тысячелетия получение энергии за счет термоядерного синтеза превратится из чисто теоретической концепции в обыденную реальность.

Весьма перспективными являются энергетические установки, преобразующие одни виды энергии в другие нетрадиционными способами с высоким КПД.

Тепловую энергию в электрическую преобразует магнитогидродинамический генератор (МГД), который относится к перспективным устройствам (рис. 2.5).

В настоящее время имеется практика эксплуатации магнитогидродинамичекой (МГД) установки, КПД которой превышает 45%. Чтобы понять принцип действия МГД генераторов, следует вспомнить два положения физики:

    • при высоких температурах (2500 – 3000о С) газы ионизируются, образуется так называемая плазма;

    • электрический ток – это направленное движение электронов в металлах или ионов в жидкостях и газах.

Другие виды нетрадиционной энергетики

Геотермальная энергетика – получение энергии от внутреннего тепла Земли. Различают естественную и искусственную геотермальную энергию – от природных термальных источников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Данный вид энергетики широко применяется для бытовых целей и отопления теплиц. Имеются геотермальные ТЭС. Недостаток – токсичность термальных вод и химическая агрессивность жидкостей и газов.

Космическая энергетика – получение солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узконаправленной передачей энергии на наземные приемники.

На этих спутниках солнечная энергия трансформируется в электрическую и в виде электромагнитного луча сверхвысокой частоты передается на приемные станции на Земле, где преобразуется в электрическую энергию. Мощность одной орбитальной станции может составить от 3000 до 15000 МВт.

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов (Кислогубская ЭС на Кольском полуострове), морских течений и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику. Пока морская энергетика малорентабельна из-за разрушающего воздействия на оборудование морской воды. Приливная энергетика рентабельна па побережьях морей с исключительно высокими приливами.

Низкотемпературная энергетика – получение энергии с использованием низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха, вернее разности в температурах их различных слоев. Промышленное получение энергии с использованием разности температур на поверхности и в глубинах океана пока не выходит за рамки опытных установок.

«Холодная» энергетика – способы получения энергоносителей путем физико-химических процессов, идущих при низких температурах и сходных с происходящими в растениях. Например, разложение воды на асимметричных мембранах под воздействием солнечного света. Молекула воды распадается на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны этой мембраны. Водород затем используют как энергоноситель. КПД таких мембран в последние годы удалось заметно повысить, а цену – понизить. Вероятно, это перспективный путь. Предполагается, что водород будет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйственном производстве. Сжигание водорода не дает вредных выбросов, но он взрывоопасен.

Управляемая термоядерная реакция. Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком соединении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана.

Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выделяется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, появится неограниченный источник энергии.

Ученые уверены, что в начале следующего тысячелетия получение энергии за счет термоядерного синтеза превратится из чисто теоретической концепции в обыденную реальность.

Весьма перспективными являются энергетические установки, преобразующие одни виды энергии в другие нетрадиционными способами с высоким КПД.

Тепловую энергию в электрическую преобразует магнитогидродинамический генератор (МГД), который относится к перспективным устройствам (рис. 2.5).

В настоящее время имеется практика эксплуатации магнитогидродинамичекой (МГД) установки, КПД которой превышает 45%. Чтобы понять принцип действия МГД генераторов, следует вспомнить два положения физики:

    • при высоких температурах (2500 – 3000о С) газы ионизируются, образуется так называемая плазма;

    • электрический ток – это направленное движение электронов в металлах или ионов в жидкостях и газах.

Рис. 2.5. Схема МГД-генератора. 1 — камера сгорания; 2 — МГД-канал; 3 — электроды; 4 — магнитная система

Следовательно, движение плазмы представляет собой электрический ток. Для разделения положительных и отрицательных ионов плазма должна пересекать магнитное поле, в котором положительные ионы отклоняются в одну сторону, а отрицательные – в другую. Концентрация положительных и отрицательных ионов на металлических пластинах придает им положительный и отрицательный потенциал; пластины становятся источником электродвижущей силы (ЭДС). В МГД установках в качестве энергоносителя используется низкотемпературная плазма (около 2700о С), образующаяся при сгорании органического топлива – природного газа или твердого топлива.

Большой интерес уделяют непосредственному преобразованию химической энергии органического топлива в электрическую – созданию топливных элементов. Распространение получили низкотемпературные (t=150°С) топливные элементы с жидким электролитом (концентрированные растворы серной или фосфорной кислот и щелочей КОН). Топливом в элементах служит водород, окислителем – кислород из воздуха.

Ведутся работы по созданию энергетических установок, использующих энергию гравитации, вакуума, низких температур окружающего воздуха для обогревания помещений по принципу теплового насоса («холодильник наоборот», морозильное отделение которого помещено на улице).

Другие виды нетрадиционной энергетики

Геотермальная энергетика – получение энергии от внутреннего тепла Земли. Различают естественную и искусственную геотермальную энергию – от природных термальных источников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Данный вид энергетики широко применяется для бытовых целей и отопления теплиц. Имеются геотермальные ТЭС. Недостаток – токсичность термальных вод и химическая агрессивность жидкостей и газов.

Космическая энергетика – получение солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узконаправленной передачей энергии на наземные приемники.

На этих спутниках солнечная энергия трансформируется в электрическую и в виде электромагнитного луча сверхвысокой частоты передается на приемные станции на Земле, где преобразуется в электрическую энергию. Мощность одной орбитальной станции может составить от 3000 до 15000 МВт.

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов (Кислогубская ЭС на Кольском полуострове), морских течений и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику. Пока морская энергетика малорентабельна из-за разрушающего воздействия на оборудование морской воды. Приливная энергетика рентабельна па побережьях морей с исключительно высокими приливами.

Низкотемпературная энергетика – получение энергии с использованием низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха, вернее разности в температурах их различных слоев.Промышленное получение энергии с использованием разности температур на поверхности и в глубинах океана пока не выходит за рамки опытных установок.

«Холодная» энергетика – способы получения энергоносителей путем физико-химических процессов, идущих при низких температурах и сходных с происходящими в растениях. Например, разложение воды на асимметричных мембранах под воздействием солнечного света. Молекула воды распадается на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны этой мембраны. Водород затем используют как энергоноситель. КПД таких мембран в последние годы удалось заметно повысить, а цену – понизить. Вероятно, это перспективный путь. Предполагается, что водород будет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйственном производстве. Сжигание водорода не дает вредных выбросов, но он взрывоопасен.

Управляемая термоядерная реакция.Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтезаядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком соединении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана.

Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выделяется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, появится неограниченный источник энергии.

Ученые уверены, что в начале следующего тысячелетия получение энергии за счет термоядерного синтеза превратится из чисто теоретической концепции в обыденную реальность.

Весьма перспективными являются энергетические установки, преобразующие одни виды энергии в другие нетрадиционными способами с высоким КПД.

Тепловую энергию в электрическую преобразует магнитогидродинамический генератор (МГД), который относится к перспективным устройствам (рис. 2.5).

В настоящее время имеется практика эксплуатации магнитогидродинамичекой (МГД) установки, КПД которой превышает 45%. Чтобы понять принцип действия МГД генераторов, следует вспомнить два положения физики:

    • при высоких температурах (2500 – 3000оС) газы ионизируются, образуется так называемая плазма;

    • электрический ток – это направленное движение электронов в металлах или ионов в жидкостях и газах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.