Источники энергии, отличные от углеводородов, могут быть учтены как альтернативные источники энергии. Он также исключает гидроэлектростанции и приливные станции в океанах и морях.
Альтернативные источники энергии: виды и использование
На протяжении всего развития цивилизации мы пытались найти новые, более эффективные формы энергии. От познания огня до использования контролируемых ядерных реакций на атомных электростанциях — борьба продолжается уже тысячи лет. Поэтому в истории человечества принято выделять различные энергетические революции, состоящие из переходов от одного основного первичного источника энергии к другому. Последствия этих изменений затронули не только сферы власти и экономики, но и социальные и культурные аспекты культуры. В настоящее время мировая энергетическая промышленность находится на перепутье. По мере роста населения планеты экономика требует все больше и больше энергии, а ископаемое топливо, на котором основана традиционная энергетика, не безгранично. Рост стоимости ископаемого топлива усугубляется тем, что массовое использование углеводородов наносит огромный ущерб окружающей среде, что в свою очередь влияет на качество жизни человека. Это означает, что в будущем потребность в энергии, а значит и в новых способах ее получения, будет возрастать. Эпоха углеводородов (нефти и газа) сменится эпохой альтернативной, чистой энергии.
Основные причины важности своевременного перехода на AES:.
Глобальная экология: общеизвестно и доказано, что технологии традиционной энергетики (включая ядерную и термоядерную) оказывают разрушительное воздействие на окружающую среду и их использование неизбежно приведет к катастрофическому изменению климата в первые десятилетия 21 века.
Политически: первая страна, которая полностью освоит технологии альтернативной энергетики, сможет претендовать на мировое лидерство и определять цены на топливо.
Экономически: переход на альтернативные технологии в области производства электроэнергии экономит топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, получаемой из многих альтернативных источников, уже сейчас ниже стоимости энергии из традиционных источников, а срок окупаемости строительства альтернативных электростанций значительно короче. Цена на альтернативную энергию падает, в то время как цена на традиционную энергию неуклонно растет.
СОЦИАЛЬНЫЕ: Численность и плотность населения постоянно увеличивается. В то же время трудно найти такие районы для строительства ГЭС и ГАТ, где производство энергии было бы выгодным и безопасным для окружающей среды. То, что в сфере ГЭС, крупных ГРЭС, топливных компаний и энергетических комплексов возникают онкологические и другие серьезные заболевания, хорошо известно — хорошо известен ущерб, наносимый огромными плоскими ГЭС — все это усиливает социальную напряженность.
Эволюционно-исторический: В связи с ограниченностью топливных ресурсов на планете и экспоненциальным ростом катастрофических изменений в атмосфере и биосфере Земли, существующая традиционная энергетика, похоже, зашла в тупик — для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Будущее энергетического сектора связано с нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Мировые научные усилия выявили множество таких источников, большинство из которых уже более или менее широко используются. В настоящее время общий вклад возобновляемых источников энергии в мировой энергетический баланс все еще невелик — около 20% от конечного потребления энергии. При этом биотопливо и гидроэнергия, используемые традиционным способом, составляют наибольшую часть — около 17%, в то время как доля нетрадиционных ВИЭ составляет всего около 3%.
Энергия солнца
Солнечные установки всех видов используют солнечное излучение в качестве альтернативного источника энергии. Солнечное излучение можно использовать как для отопления, так и для производства электроэнергии.
Существуют различные способы преобразования солнечного излучения в тепло и электричество и, таким образом, в различные типы энергетических станций. Наиболее распространенными являются установки, использующие фотоэлектрические инверторы (солнечные батареи) для формирования солнечных панелей.
Солнечные станции активно используются в более чем 80 странах мира. Большинство крупнейших в мире солнечных установок расположены в США.
Преимуществами солнечной энергии являются ее возобновляемость, бесшумное функционирование и отсутствие вредных выбросов в атмосферу при преобразовании солнечного излучения в другие формы энергии.
Недостатками использования солнечной энергии являются высокая стоимость оборудования, зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Другой серьезной экологической проблемой является использование токсичных веществ при производстве солнечных элементов в системах солнечной энергии, вырабатывающих настроение.
Энергия ветра
Одним из наиболее перспективных источников энергии является ветер. Ветряные турбины начали устанавливать в начальных школах. Сила ветра используется для приведения ветрового стекла в движение. Это вращение, в свою очередь, передается на бегунки генератора.
Ветряные турбины (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии и некоторых странах Западной Европы (например, в Дании, где 25% электроэнергии производится таким способом). Энергия ветра является очень перспективным источником альтернативной энергии, и многие страны значительно расширяют использование этого типа электростанций.
Преимущество ветряных турбин заключается в том, что, особенно в ветреных районах, ветер можно рассматривать как неограниченный источник энергии. Кроме того, ветряные турбины не заражены вредными для атмосферы выбросами.
Недостатками устройств для производства энергии ветра являются непостоянство энергии ветра и низкая мощность отдельных ветрогенераторов. Ветряные турбины также печально известны из-за сильного шума, который они вызывают (поэтому их обычно располагают вдали от человеческих домов), досаждения птиц и насекомых, радиоволновых и военных помех.
Существуют различные способы преобразования солнечного излучения в тепло и электричество и, таким образом, в различные типы энергетических станций. Наиболее распространенными являются установки, использующие фотоэлектрические инверторы (солнечные батареи) для формирования солнечных панелей.
Альтернативные виды энергии
Один из самых мощных видов альтернативного источника энергии. В большинстве случаев она преобразуется в электроэнергию с помощью солнечных батарей. Вся планета может использовать энергию, которую Солнце посылает на Землю каждый день в течение года. Однако солнечные станции производят менее 2% от общего годового производства электроэнергии.
Главный недостаток — время и зависимость от времени. В северных странах добыча солнечной энергии нерентабельна. Структура является точной, а сами элементы солнечной энергии, включая токсичные вещества (свинец, галлий, мен), необходимо «обслуживать». Необходимы огромные площади для высокой производительности.
Солнечная электроэнергия широко распространена на обычных островах, в сельской местности и в местах, где она дешевле, чем на космических станциях. В более теплых странах, где цены на электроэнергию выше, она может удовлетворить потребности обычных домов. В Израиле, например, 80% воды нагревается за счет солнечной энергии.
Батареи также устанавливаются в беспилотных транспортных средствах, самолетах, летательных аппаратах и поездах hyperloop.
Ветроэнергетика
Энергия ветра в 100 раз превышает запасы энергии всех рек на планете. Ветряные турбины помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Основными типами оборудования являются ветрогенераторы (для производства электроэнергии) и ветряные турбины (для получения механической энергии).
Этот вид возобновляемой энергии особенно хорошо развит в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветряных турбин превысила общую установленную мощность атомной энергетики.
Недостатком является то, что их невозможно контролировать (энергия ветра — другое дело). Ветряные турбины могут создавать радиопомехи и влиять на климат, удаляя часть кинетической энергии ветра, но ученые пока не знают, хорошо это или плохо.
Гидроэнергия
Для преобразования движения воды в электроэнергию требуются гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Они строятся на реках с сильными водными потоками, которые не осушаются. Плотины строятся для достижения определенной высоты воды. Это заставляет цинк в гидростате двигаться, а турбины — приводить в движение генераторы.
Гидроэлектростанции дороже и сложнее в строительстве по сравнению с обычными станциями, но цена электроэнергии (российские ГЭС) в два раза ниже. Ветряные турбины работают по-разному и могут управлять производством электроэнергии.
В результате такой переработки образуются различные вещества. А именно: метан, двуокись углерода и сероводород. Смесь всех этих веществ называется биогазом. Следует сразу подчеркнуть, что этот вид топлива получают из отходов растительного и животного происхождения. В любом случае, он не поступает из сточных вод.
Плюсы и минусы использования
Каждый конкретный источник энергии, будь то традиционный или альтернативный, имеет свои преимущества и недостатки использования.
Кроме того, каждая группа источников энергии имеет свои преимущества и недостатки. Что касается альтернативных источников, то к ним относятся
- Плюсами использования являются:
- Возобновляемость альтернативных источников энергии;
- Экологическая безопасность;
- Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
- Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
- Минусы использования:
- Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
- Низкий КПД установок;
- Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
- Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.
Альтернативные источники энергии в России
В нашей стране, как и во многих технологически развитых странах мира, особое внимание уделяется использованию альтернативных источников энергии. Это связано с большими территориями, которые пока не имеют центрального источника энергии, а также с глобальной тенденцией к планетарной экологии и борьбе за сохранение традиционных видов топлива.
В разных регионах страны разработаны различные виды альтернативных источников энергии. Это связано с их географическим положением и возможностью использования некоторых основных источников энергии.
Солнечная энергетика
Солнечные электростанции получают все большее распространение среди различных слоев населения в качестве альтернативного или резервного источника электроэнергии.
В промышленных масштабах этот вид энергии существует и в нашей стране.
Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт. Наиболее крупные из них следующие.
- Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
- Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
- На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.
Более 50 фотоэлектрических электростанций разработали проекты в разных регионах и на разных стадиях строительства, от Дальнего Востока и Сибири до центральных и южных регионов нашей страны.
Общая мощность проектирования и строительства проекта превышает 850,0 МВт.
Ветровая энергетика
В нашей стране есть и промышленные ветропарки, но их доля в общей мощности энергосистемы гораздо меньше, чем у солнечных станций.
Общая установленная мощность ветровых турбин составляет чуть более 100,0 МВт, наиболее мощными из которых являются
- Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
- Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.
22 ветропарка на стадии проектирования и строительства, общей мощностью более 22 500,0 МВт.
Гидроэнергетика
Этот вид альтернативной энергетики является наиболее распространенным на территории России. В настоящее время доля электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, установленными на реках в различных регионах страны, превышает 20,0% от общего производства всей электроэнергетической системы Российской Федерации.
На начало 2017 года общая установленная мощность гидроэлектростанций составила 48085,94 МВт, что составляет 191 пункт различной мощности и конструкций.
Энергия приливов также используется для производства электроэнергии в нашей стране. В Мурманской области приливная станция в Кисловской была перестроена в 2007 году из станции конца 20-го века и в настоящее время имеет мощность 1,7 МВт.
В настоящее время проводятся технико-экономические исследования и разрабатывается проектная документация для строительства подобных установок в Охотском море (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом море (Мезенская).
Использование для частного дома
Использование альтернативных источников для отопления коттеджей и уток, а также для получения электроэнергии может применяться с большим успехом. В этом случае все зависит от места проживания пользователя и расположения энергопотребляющих объектов.
Способность солнечных станций и ветряных турбин вырабатывать электроэнергию зависит от активности солнца в данном месте и скорости ветра, а также от других погодных явлений, характерных для данной местности.
Микро-нефтяные электронные станции можно строить только в том случае, если рядом с потребляющим объектом есть река или другой водный объект. Если геотермальная вода находится вблизи поверхности, она находится в геотермальной электростанции.
Биотопливо в виде костра и древесных отходов возможно в тех районах страны, где леса в изобилии и есть развитая промышленность в этом направлении.
Производство биогаза и жидкого топлива — доступно в районах с большими посевными площадями, где большие запасы биомассы позволяют производить эти виды топлива.
