Способы использования возобновляемых источников энергии. Возобновляемые источники энергии

Энергия, полученная за счёт возобновляемых источников, сегодня уже не просто предмет научных изысканий, а фактор, меняющий расклад сил на энергетических рынках, оказывающий давление на цену традиционных энергоносителей и определяющий экономическое будущее стран. Страны – импортёры традиционного топлива становятся всё более независимыми в своей энергетической политике от странэкспортёров, а те, в свою очередь, теряют основные рычаги влияния. Мир меняется, и ископаемое топливо постепенно перестаёт быть определяющим фактором геополитики: борьба за месторождения нефти и газа начинает уходить в прошлое.

Текст: Екатерина Борисова

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относятся энергия солнца, ветра, воды (включая энергию приливов), геотермальная энергия. Как возобновляемый источник энергии также используется биомасса, из которой производятся биоэтанол и биодизель. Причём это необязательно должны быть специально выращенные для получения энергии растения. Источниками энергии могут выступать водоросли, отходы производства и потребления.

В России возобновляемые источники энергии в зависимости от подхода представлены либо широко, либо вообще никак. Например, согласно данным Минэнерго доля ВИЭ в энергобалансе России составляет около 18%. Из них 17% приходится а энергию, вырабатываемую за счёт крупных гидроэлектростанций. Однако чаще, когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, вклад крупных ГЭС не учитывается, так какидоля крупной гидроэнергетики обычно упоминается отдельной графой. Исходя из этих позиций, доля ВИЭ в России – меньше 1%. Это, конечно, несравнимо с развитием энергетики на основе ВИЭ в других ведущих странах мира.

ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ… КИТАЙ
На первом месте по инвестиционным вложениям в развитие новых технологий в сфере энергетики стоят Китай, США и страны Евросоюза. Китай, являясь лидером по выбросам парниковых газов за счёт сжигания на своих тепловых станциях преимущественно угля, тем не менее, лидирует и в так называемых зелёных инвестициях. В 2013 году он впервые стал лидером по объёму инвестиций в «зелёную энергетику», несмотря на общемировое снижение инвестиционной активности в этой сфере. В 2013 году инвестиции КНР оценивались в 56,3 миллиарда долларов, что составляет 61% от общего объёма инвестиций по развивающимся странам. И это больше, чем инвестировали европейские страны вместе взятые. Более того, эти инвестиции впервые в истории превысили вложения Китая в топливную энергетику.

К 2020 году Китай предполагает повысить долю неисчерпаемых источников энергии до 15% и снизить углеродоёмкость экономики на 40–45% относительно уровня 2005 года. Это очень позитивные для всей планеты планы, если учесть, что треть ежегодно выделяющихся парниковых газов появляется за счёт работы именно китайской индустрии. Уже к концу 2015 года доля неископаемого топлива в структуре потребления этой страны была увеличена до 12%, а потребление угля уменьшилось на 1,7 процентных пункта (до 64,4%). Эти данные сообщил начальник Государственного управления по делам энергетики КНР Нур Бекри.

Во многом благодаря таким активным действиям Китая рост мировой экономики в 2014 году впервые (!) не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Это свидетельствует из отчёта, представленного организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.

Согласно предположениям Всемирного фонда дикой природы (WWF), к 2050 году 80% китайской энергетики может быть переведено на ВИЭ, если программы по развитию энергоэффективности не будут тормозиться. В результате эмиссия углерода от производства энергии к 2050 году может быть на 90% меньше, чем в настоящее время, без ущерба для стабильности электрической сети или замедления экономического роста. Возможно, этот прогноз слишком оптимистичный, но само по себе его появление показательно: китайский размах по внедрению ВИЭ поражает многих.

Сегодня не только развитые, но и многие развивающиеся страны имеют в своих планах энергетического развития обязательный пункт об увеличении доли ВИЭ. Даже Индия, в которой потребление самого грязного вида топлива – угля – до сих пор лишь росло, планирует к 2030 году увеличить общий объём вырабатываемой на основе ВИЭ (включая ГЭС) электроэнергии со 130 ГВт до 400 ГВт и уже сейчас значительно обогнала нас по этим показателям.

Ведущие мировые энергетические концерны также всё больше смещают акцент своих исследований и производств на возобновляемые источники энергии. Так, французская нефтегазовая компания Total приобрела контрольный пакет акций американской Sunpower, которая производит солнечные батареи.

ПОЧЕМУ ЭТО ТАК ВАЖНО?
Традиционное, ископаемое топливо, как известно, имеет тенденцию к исчерпанию, а его сжигание усугубляет парниковый эффект на планете. Две трети выбросов парниковых газов, которым мы обязаны глобальному потеплению, приходятся именно на традиционную энергетику. Дальнейшее повышение приземной температуры и повышение концентрации СО2 с большой вероятностью приведёт к фатальным последствиям не только для некоторых видов флоры и фауны, но и негативно скажется на благополучии населения многих стран. В частности, повышение кислотности верхнего слоя океана из-за дальнейших выбросов СО2 будет сопровождаться массовой гибелью значительной части морской биоты и в первую очередь кораллов, что повлечёт за собой разрушение экономики многих развивающихся государств, основанной на туризме и прибрежном рыболовстве. Таяние ледников и вызванное этим повышение уровня Мирового океана будет означать в некоторых случаях затопление прибрежных территорий и даже целых стран. Особо уязвимы с этой точки зрения Бангладеш и государства Океании. И это лишь небольшая часть возможных негативных последствий.

Помимо своей неисчерпаемости и экологичности, возобновляемые источники энергии имеют ещё одно качество – альтернативность, что позволит в будущем странам, не обладающим значительными запасами ископаемого топлива, обеспечивать энергетическую безопасность и преодолевать свою энергозависимость от экспортёров энергоносителей. И это одно из не последних по значимости объяснений, почему использование ВИЭ активно развивается в Европе и, например, в Китае и так мало им уделяется внимания в России. Согласно российской программе развития энергетики к 2020 году доля ВИЭ без учёта крупных ГЭС в общем энергобалансе страны должна быть доведена лишь до 2,5%, тогда как, в частности, в Германии к 2020 году долю ВИЭ планируется довести до 30%.

На данный момент доля солнечной и ветровой энергетики в общем энергобалансе Германии уже составляет более 15%. В целом по Европейскому союзу согласно Статистическому энергетическому ежегоднику (Global Energy Statistical Yearbook 2015) доля ВИЭ (включая ГЭС) в 2014 году составляла 30%, причём в некоторых европейских странах она доходила до 98% (Норвегия).

ОГРАНИЧЕНИЯ ВИЭ
Однако современные технологии пока ещё не позволяют полностью и повсеместно переориентироваться на применение этих энергоисточников. Для их использования есть существенные ограничения.

Например, развитие гидроэнергетики возможно не везде в связи с недостаточностью речных сетей. Но даже если реки имеются, строительство ГЭС не всегда оправданно. Возведение крупных ГЭС нарушает местные экосистемы и биоценозы, а также требует переселения иногда значительных масс населения. В то же время выработка малых ГЭС сильно зависит от режима реки – в маловодные периоды такие ГЭС резко снижают выработку или вообще останавливаются. Активнее всего крупная гидроэнергетика сегодня развивается в Китае, и здесь же построены самые крупные ГЭС в мире. Мощность китайских ГЭС сегодня составляет 260 ГВт, а к 2020 году её планируется увеличить до 380 ГВт. Для сравнения, мощность российской гидроэнергетики – лишь 46 ГВт (5-е место в мире). Такое бурное развитие крупной гидроэнергетики Китая вызывает протесты экологов, местного населения, вынужденного переселяться в новые места, а также провоцирует споры и конфликты с соседними странами по поводу изменения режима стока трансграничных рек, объёма и качества воды.

На сегодняшний день, по разным данным, от 30 до 70% рек Китая серьёзно загрязнены, некоторые реки больше не впадают в море, значительно уменьшилось их биоразнообразие. Гидротехническая активность КНР влияет на состояние рек в Индии, Бангладеш, России, Казахстане, Вьетнаме, Лаосе, Мьянме, Таиланде и Камбодже.

Что касается энергии приливных волн и геотермальных источников, то она также не везде доступна. Хотя, например, в Исландии электроэнергетика по большей своей части питается от геотермальных источников.

На энергию ветра приходится рассчитывать тоже в ограниченных масштабах. Во-первых, не везде есть достаточный ветровой потенциал и пустынные территории, пригодные для установки ветряков. К тому же ветровые и солнечные станции до сих пор являются одними из самых дорогих источников электроэнергии. А использование солнечных батарей в северных широтах нерентабельно из-за недостаточного количества солнечных дней в году. Кроме того, выработка солнечной энергии сильно зависит от времени суток, сезона и погодных условий.

Стоит также упомянуть, что малые ГЭС, ветроустановки и гелиоустановки не могут стать основными источниками энергии для крупных электросетей из-за нестабильности выработки ими энергии. Если их доля начинает превышать 20% мощности энергосистем, возникает необходимость ввода дополнительных регулирующих мощностей. Пока лучше всего с задачей регулирования справляются крупные ГЭС, которые в период пиковых нагрузок могут увеличить выработку энергии за несколько минут, тогда как даже ТЭС (не говоря уж об АЭС) для этого требуются часы.

Тем не менее, в Европе активнее всего развиваются именно ветро- и солнечная энергетика. Более того, Евросоюзу даже удалось частично решить проблему регулирующих и накопительных мощностей в «зелёной энергетике»: «аккумуляторной батареей» Западной Европы стала Норвегия, богатая своим гидропотенциалом и имеющая в достаточном количестве гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Когда возникают излишки электроэнергии, насосы на ГАЭС качают воду из нижнего бьефа водохранилища в верхний. В моменты пика электропотребления воду вновь сбрасывают, и она приводит в движение генераторы. Эта страна уже соединена высоковольтными ЛЭП со Швецией, Данией и Нидерландами. Лондон тоже планирует проложить в Норвегию кабель по дну Северного моря. А Германия сможет за счёт такого же кабеля отправлять свои излишки «зелёного электричества» в Норвегию и получать оттуда по мере необходимости экологически чистую гидроэнергию с 2020 года. Соглашение о прокладке между немецким городом Вильстер, расположенным к северо-западу от Гамбурга, и норвежским Тонстадом подводной ЛЭП длиной 623 километра и мощностью в 1400 МВт было подписано в феврале 2015 года. Эта ЛЭП покроет 3% потребления электроэнергии в Германии.

Что касается использования энергии биомассы, то оно пока идёт вразрез с политикой предотвращения продовольственного кризиса на планете. Теперь на продукты аграрно-промышленного комплекса претендуют не только люди, но и машины. Например, для получения тонны биодизеля требуется около тонны растительного масла, выжатого из семян масличных культур. А для производства биоэтанола используют, в частности, сахарный тростник, пшеницу, рис, рожь, ячмень, кукурузу, сорго, картофель, топинамбур, сахарную свёклу.

Объём вредных выбросов в атмосферу у биоэтанола существенно меньше, чем у обычного бензина, но зато ниже его энергетическая ценность, а следовательно, требуются его бóльшие объёмы. Интересно, что размер нежелательных выбросов биоэтанола зависит от культуры, из которой он производится. Этанол из сахарного тростника сокращает выбросы парниковых газов примерно на 80% по сравнению с ископаемыми видами топлива. Самый же «неэкологичный» биоэтанол, снижающий выбросы лишь на 30%, производится из кукурузы. Именно сахарный тростник и кукуруза являются наиболее популярными культурами для производства биотоплива.

Основные производители биоэтанола сегодня – США, специализирующиеся на переработке в топливо кукурузы, и Бразилия, выращивающая для этого сахарный тростник. Эти страны производят 2/3 потребляемого в мире биотоплива. Из всех видов ВИЭ биомасса в этих странах – самый используемый возобновляемый ресурс.

Критики использования биотоплива отмечают, что рост его производства вызывает повышение цен на продовольствие, хотя должно бы быть наоборот: производство биоэтанола призвано было снизить зависимость от роста цен на нефть, влияющих, в свою очередь, на цену продуктов питания.

Противники биотоплива также обращают внимание, что под плантации сырья, используемого для его производства, либо вырубаются тропические леса (Бразилия, Малайзия, Индонезия), которые способны поглотить значительно больше СО2, чем сахарный тростник, кукуруза или другие злаковые, используемые для производства этанола, что так же, как и сжигание углеводородов, способствует глобальному потеплению; либо под плантации занимаются площади, которые раньше использовались для выращивания пищевых культур, что, естественно, не способствует борьбе с голодом. Производство биотоплива также противоречит стратегии экономии водных ресурсов, так как для производства литра биотоплива необходимо 2500 литров воды на выращивание технических культур.

Тем не менее, этот вид топлива перспективен, ведь его можно вырабатывать из огромного спектра имеющегося в наличии сырья: начиная от специально выращенных технических культур и заканчивая водорослями, отходами деревообработки, макулатурой, отработанным машинным маслом и продуктами жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Несмотря на имеющиеся недостатки, все вышеперечисленные ВИЭ активно внедряются в ведущих странах мира, и затраты на их применение всё время снижаются. По оценкам Гринпис и некоторым сценариям Международного энергетического агентства (МЭА), себестоимость электроэнергии ВИЭ к 2030 году сравняется с себестоимостью электроэнергии из ископаемого топлива.

При достижении срока окупаемости вырабатываемая из ВИЭ энергия становится почти бесплатной из-за отсутствия затрат на топливо.

ВЫБОР РОССИИ
Российская энергетика продолжает оставаться инертной, делая ставку на нефть и газ. И это объясняется тем, что у нас нет достаточных стимулов для развития альтернативных источников. Во-первых, у нас всё своё и ни от кого мы в сфере энергетики не зависим. Во-вторых, чтобы внедрять новые технологии и менять всю структуру хозяйствования в этой сфере, нужны значительные финансовые вложения со стороны государства. Мировой опыт показывает, что для успешного развития возобновляемой энергетики необходимо как минимум стимулирование в виде необходимых подзаконных актов, субсидий на научные разработки, налоговых льгот, предоставления льготных кредитов на финансирование предприятий, использующих ВИЭ, и т.д.

В принципе, Россия включилась в общемировой процесс перехода на возобновляемые источники энергии, но очень осторожно. В 2013 году была запущена программа поддержки «зелёной энергетики» на оптовом рынке, которая гарантировала девелоперам возврат инвестиций в развитие альтернативных источников. По плану программы, к 2020 году в России должны появиться солнечные станции суммарной мощностью 1,5 ГВт, малые ГЭС мощностью 900 МВт и ветряки мощностью 3,6 ГВт. Это те мощности, которые правительство готово профинансировать. Правда, даже эти незначительные объёмы по факту финансирует не государство, а потребители через договоры о поставке мощности. Самые крупные потребители выражают своё недовольство этим обстоятельством.

ВИЭ у нас не пользуются популярностью даже среди инвесторов, рассчитывающих на господдержку. Из трёх предложенных программой альтернативных источников серьёзный интерес девелоперов был проявлен только к солнечной энергетике. Ветроэнергетике и малым ГЭС внимания уделяется пока значительно меньше.

Развитие альтернативной энергетики в России неактуально даже с позиций предотвращения изменения климата. В нашей стране на проблему глобального потепления в основном смотрят отстранённо и со скепсисом.

Во-первых, считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путь и т.д.

Во-вторых, российские учёные склонны рассматривать проблему изменения климата в масштабах планетарной истории, а не истории человечества. Наша планета за время своего существования пережила несколько более значительных кардинальных изменений климата, и нынешнее потепление – это лишь небольшой и закономерный эпизод в истории Земли, который в меньшей степени вызван деятельностью человека и в большей степени – астрономическими процессами (движением Земли по эллиптической орбите, циклами солнечной активности, влиянием других планет, изменением угла наклона земной оси и прочим).

Кроме того, даже извержение одного крупного вулкана может оказать более серьёзное воздействие на климат, чем многолетняя деятельность человечества.

Более того, существует точка зрения, что сейчас наша планета должна вступить в очередной ледниковый период, а нынешняя деятельность человека, сопровождающаяся выбросами парниковых газов, отодвигает этот момент, чем спасает Землю от катаклизмов глобального похолодания.

В общем, Россия без энтузиазма воспринимает всеобщую эйфорию, вызванную наступающей эрой ВИЭ. Мы с большой Считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путьнеохотой поддались общей моде на развитие альтернативных источников энергии и плетёмся в хвосте прогресса. Принятые законы – это некая дань общемировым тенденциям с внутренним ощущением их ненужности для нас. Наших запасов ископаемого топлива хватит ещё на несколько поколений, а развитие новых технологий и получение энергии на их основе пока слишком дорого. Мы можем пересидеть и переждать переходный период на пути к «зелёной энергетике», используя газ, который является самым экологически чистым видом топлива из всех ископаемых.

В этом случае наша главная опасность – остаться в прошлом веке, когда всё передовое человечество перейдёт в эру новых технологий. Хотя есть и другие проблемы, так как наши энергоресурсы перестанут интересовать всех, кроме нас самих. Уже сегодня цена на наши основные экспортные товары – нефть и газ – упала неожиданным для нас образом, и это падение, помимо усилившейся конкуренции нефтегазовых экспортёров, было вызвано ещё и уменьшением спроса в Европе из-за развития ВИЭ и, кстати, глобального потепления (!).

Единственный плюс такой ситуации лишь в том, что мы наконец газифицируем все наши территории. Стоит напомнить, что в сельской местности у нас не газифицировано 50% населённых пунктов. Да и ощутимая часть городского населения до сих пор не подключена к газу.

Однако наши энергетические гиганты потеряют большую часть доходов, а значит, и государство потеряет основной источник пополнения бюджета.

В конечном счёте, будем мы или не будем развивать альтернативную энергетику, для нашей страны не важно. Важно лишь то, что эти технологии развивают традиционные покупатели нашего топлива, а значит, России уже сейчас нужно искать новые источники дохода. Будущее – за новыми технологиями, а за нами лишь трудный выбор.

Возобновляемые или так называемые альтернативные источники – большой шаг вперёд в энергообеспечении человечества. Единственный недостаток – дороговизна внедрения. Окупаемость для инвестора покрывается за несколько лет. Данные технологии за последний век набрали больших оборотов, и сейчас покрывают около 20% потребляемого.

Итак, возобновляемые источники – это природные ресурсы, способны к быстрому восстановлению естественным путём.

Резервуар для производства биогаза, фотоэлектрические панели и ветрогенератор

К ним относят:

• солнечный свет
• приливы и отливы (косвенное использование силы притяжения луны)
• энергия волн
• ветер
• водные потоки
• геотермальная теплота

Солнечный свет

Пожалуй, самый известный, нашумевший в СМИ источник альтернативной энергии. Самое громкое его потребление было в 1958 году, тогда американцы впервые пустили в ход солнечные батареи на своих спутниках. Сегодня же мы часто видим их, они стали для нас привычным легко узнаваемым явлением.

Принцип извлечения прост. Батарея состоит из панели которая имеет две сложенные вместе пластинки из кремния. первую пластину покрывают бором, а вторую фосфором. Слой покрытый фосфором, имеет свободные электроны, в то время когда в слое покрытым бором – электроны отсутствуют. Под воздействием лучей, электроны начинают движение частиц, и между ними возникает электрический ток. Затем с помощью мелких медных проводников, ток накапливают в батареях.

Также существуют термальные электростанции, в которых сконцентрированными лучами нагревали воду до кипения, а затем потребляли. Но у этого метода слишком мал коэффициент полезного действия, вследствие чего он не используется.

Самая большая солнечная электростанция в Мохаве

Позитивной цепью является:

• легко доступности почти на всех континентах и уголках земного шара
• дешевизна обслуживания
• бесшумность
• простота монтажа
• легкость в использовании

Негативная сторона:

• малый коэффициент эффективности, сейчас это не превышает 30-40%
• высокая стоимость батарей
• большая площадь для установки

Полный процесс изготовления панели своими руками

Приливы и отливы воды

Это очень мощный, неисчерпаемый источник. В своё время ещё Жюль Верн интересовался применением этого природного явления, а изобретательные англичане строили мельницы на берегах движущихся вод, в далеком 11 веке нашей эры. Переработка с помощью силы притяжения Солнца и спутника земли Луны непростая задача и имеет много трудностей. Несмотря на постоянность силы притяжения космических тел, выбор места для постройки приливной электростанции – сложный. В нём учитывается и кратность приливов/отливов за сутки, высота подъёма (колеблется от 30см. до 15м.), почва, на которой будет сооружена постройка.

Ещё одной интересной особенностью есть несовпадения лунных суток с солнечными. Лунные сутки на 50 минут меньше, а люди живут по ним 24 часа. В результате получаются несовпадения по времени с самым максимальным и минимальным вырабатыванием и её потребление, во время самой активной деятельности человека.

Сама приливная электростанция устроена довольно просто. Наперекор устьям большой реки впадающей в море/океан, возводится дамба. Сооружение полностью перекрывает движение в обе стороны. В отверстиях дамбы устанавливают огромные лопасти, которые под током пропускают её и крутятся, а генераторы выдают электричество.

Несмотря на большие сложности с установкой системы, она довольно успешно используется по всему миру. В связи с высокой эффективностью и малым влиянием на экологию, человечество продолжает наращивать их количество по всему земному шару.

ПЭС

Приливная электростанция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Взято из Википедии, подробнее https://ru.wikipedia.org/wiki/Приливная_электростанция

Энергия волн

За своей природой схожа с приливами и отливами. Для извлечения из волн существуют –волновые электростанции, работа основана на превращении кинетической энергии волн в электрическую.

Морской змей – такое название имеет рабочее приспособление. Состоит оно из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри каждой секции также есть электрогенераторы и гидравлические двигатели.

Волнообразные движение колеблет все эти соединений и приводит в работу гидравлические поршни, те, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло пропускается через гидравлические двигатели. Эти моторы приводят в движение электрические генераторы что и даёт конечный результат, производит электроэнергию. Большой недостаток – нестойкость механизма к штормовым волнам.

Ветер

Ветер – старый, проверенный и надёжный источник возобновляемой энергии. Люди его использовали задолго до введения термина в парусных кораблях и ветряных мельницах.

Сейчас, в силу развития технологий, ветрогенераторы стали достаточно сильной фигурой на рынке и занимают крепкую позицию в своей нише. Конкурентность между производителями заставила их хорошо вложиться в исследования наиболее оптимального ветрогенератора.

Ветроэнергетика

Для оптимальной работы ветряка учитываются такие факторы:

1. высота над уровнем моря или земли. Как известно зона до двух километров турбулентна, воздушные потоки, располагаемые выше сильно тормозят нижние. Но эффект заметно снижается уже на высоте 100 метров. Плюс, расположения ветряка выше 100 метров позволит увеличить длину лопасти и освободить пространство под устройством для деятельности людей и других коммуникаций
2. расположение. Оптимальный вариант – побережье или море. Интересный факт! Сейчас появилась офшорная ветроэнергетика. Некие группы людей строят в морях и океанах ветряные электростанции, а на побережья проводят провода подачи тока, тем самым укрываясь от налогов
3. скорость ветра. Характеристика высчитывается по среднему показателю по региону. Ветряк начинает работать при скорости ветра 3 м/с, а при скорости свыше 25 м/с идет аварийное его отключение, дабы не повредить устройство. Оптимальная скорость – 15 м/с
4. количество лопастей. В процессе исследований было определено, что три лопасти – самый эффективный вариант.
5. Ось вращения

Водные потоки

Употребление водных потоков как возобновляемых источников очень широко распространено по всему миру. Гидроэнергетика это часть хозяйственно-экономических коммуникаций основана на расходе энергии падающей воды и превращения её в электрическую.

Для осуществления задачи используют плотинную схему или деривационную схему. Основа её заключается в создании огромной плотины для напора больших водных масс. Деривационная схема использует меньшее количество воды, и основана на искусственном отводе русла от реки в деривацию, а напор создаётся за счет разности наклонов этих двух элементов.

Преимущества:

Недостатки:

• смена климата в месте водохранилища
• затопления огромных участков земли пригодных для жизни и земледелия
• уничтожение огромных участков налаженной экосистемы
• уничтожения мест гнездования перелетных птиц
• изменение характеристик (в следствии замедления тока, на дне водоёма накапливаются вредные вещества)

Геотермальная теплота

Это ответвление, основанное на производстве тепла, за счёт содержащейся в недрах земли энергии, на геотермальных станциях. Относительно молодой вид добычи. Для производства с помощью геотермальной теплоты используют сейсмически нестойкие регионы, в которых циркулирующие подземные воды нагреваются выше температуры кипения за счёт лавы. Пар и вода поднимается по трещинам к поверхности земли и проявляется в виде гейзеров. Также для доступа используют глубокое бурение скважин.

Такая вода и пар пригодны как для переработки, так и для прямой подачи горячего снабжения для нужд населения. Большой плюс в использовании геотермальных источников – это неиссякаемость и независимость от погодных условий и времени года. Минусом же есть сильная загрязнённость токсическими веществами(такими как, фенол, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, бор, аммиак).

Геотермальная энергетика

Схожий вид добычи – петротермальная энергетика. С каждым углублением в недра земли на 100 метров температура поднимается в среднем на 2.5 °С, и при достижении 5 км. Достигает отметки в 125 °С. Для реализации вопроса добычи тепла с помощью этого факта, сверлятся две глубокие скважины. В одну из них закачивается вода, которая нагревается и через смежный проток поднимается по другой. Сейчас представленный вид экспериментальный, решается вопрос в его рентабельности.

Природа нам дала огромный запас ресурсов, нам лишь осталось правильно ими распоряжаться. Их преимущество над классическими – это экологичность.

Возобновляемые источники энергии

В понятие возобновляемые источники энергии (ВИЭ) включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, энергия биомассы, гидроэнергия, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.

Принято условно разделять ВИЭ на две группы:

Традиционные : гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии ГЭС мощностью более 30 МВт; энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и некоторые другие виды печного топлива); геотермальная энергия.
Нетрадиционные : солнечная, ветровая, энергия морских волн, течений, приливов и океана, гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микроГЭС, энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, низкопотенциальная тепловая энергия и другие "новые" виды возобновляемой энергии.
Перспективы возобновляемой энергетики

В последние годы тенденция роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становится достаточно явной. Проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне. Так на встрече на высшем уровне на Окинаве (июнь 2000) главы восьми государств, в том числе Президент России В. В. Путин, обсудили глобальные проблемы развития мирового сообщества и среди них проблему роли и места возобновляемых источников энергии. Было принято решение образовать рабочую группу для выработки рекомендаций по значительному развертыванию рынков возобновляемой энергетики. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ.
Чем же вызван такой интерес к этой проблеме?

Говоря об этой тенденции, следует выделить один принципиально новый момент. До последнего времени в развитии энергетики прослеживалась четкая закономерность: развитие получали те направления энергетики, которые обеспечивали достаточно быстрый прямой экономический эффект. Связанные с этими направлениями социальные и экологические последствия рассматривались лишь как сопутствующие, и их роль в принятии решений была незначительной.

При таком подходе ВИЭ рассматривались лишь как энергоресурсы будущего, когда будут исчерпаны традиционные источники энергии или когда их добыча станет чрезвычайно дорогой и трудоемкой. Так как это будущее представлялось достаточно отдаленным (да и сейчас говорить серьезно об истощении потенциала традиционных энергоресурсов можно лишь с большой натяжкой), то использование ВИЭ представлялось достаточно интересной, но в современных условиях скорее экзотической, чем практической, задачей.

Ситуацию резко изменило осознание человечеством экологических пределов роста. Быстрый экспоненциальный рост негативных антропогенных воздействий на окружающую среду ведет к существенному ухудшению среды обитания человека. Поддержание этой среды в нормальном состоянии и возможность ее к самосохранению, становится одной из приоритетных целей жизнедеятельности общества. В этих условиях прежние, только узко экономические оценки различных направлений техники, технологии, хозяйствования, становятся явно недостаточными, ибо они не учитывают социальные и экологические аспекты.

Импульсом для интенсивного развития ВИЭ впервые стали не перспективные экономические выкладки, а общественный нажим, основанный на экологических требованиях. Мнение о том, что использование ВИЭ существенно улучшит экологическую обстановку в мире, - вот основа этого нажима.

Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивается в 20 млрд. т.у.т. в год, что в два раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

Основное преимущество возобновляемых источников энергии - неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии.

По оценке Американского общества инженеров-электриков, если в 1980 г. доля производимой электроэнергии на ВИЭ в мире составляла 1%, то к 2005 г. она достигнет 5%, к 2020 - 13% и к 2060 г. - 33%. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 г. объем производства электроэнергии на базе ВИЭ может возрасти с 11 до 22%. В странах Европейского Союза планируется увеличение доли использования для производства тепловой и электрической энергии с 6% (1996) до 12% (2010). Исходная ситуация в странах ЕС различна. И если в Дании доля использования ВИЭ в 2000 г. достигла 10%, то Нидерланды планируют увеличить долю ВИЭ с 3% в 2000 г. до 10% в 2020 г. Основной результат в общей картине определяет Германия, в которой планируется увеличить долю ВИЭ с 5,9% в 2000 г. до 12% в 2010 г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы.

Можно выделить пять основных причин, обусловивших развитие ВИЭ:

· обеспечение энергетической безопасности;
· сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;
· завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развивающихся странах;
· сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;
· увеличение потребления сырья для неэнергетического использования топлива.

Масштабы роста использования ВИЭ в мире на ближайшие 10 лет представлены в табл. 1. Чтобы ощутить масштаб цифр, укажем, что электрическая мощность электростанций на возобновляемых источниках энергии (без крупных ГЭС) составит 380-390 ГВт, что превышает мощность всех электростанций России (215 ГВт) в 1,8 раза.

Таблица 1

Вид оборудования или технологии		2000 г.	2010 г.
Фотоэлектричество		0,938 (0,26)
Ветроустановки, подключенные к сети
Малые ГЭС
Электростанции на биомассе
Солнечные термодинамические станции
Геотермальные станции
			380,9 - 392,45
Геотермальные тепловые станции и установки, ГВт
Солнечные коллекторы и системы,

На территории России сосредоточено 45% мировых запасов природного газа, 13% - нефти, 23% - угля, 14% - урана. Такие запасы топливно-энергетических ресурсов могут обеспечить потребности страны в тепловой и электрической энергии в течение сотен лет. Однако фактическое их использование обусловлено существенными трудностями и опасностями, не обеспечивает потребности многих регионов в энергии, связано с безвозвратными потерями топливно-энергетических ресурсов (до 50%), угрожает экологической катастрофой в местах добычи и производства топливно-энергетических ресурсов. Природа может не выдержать такого испытания. Около 22-25 млн. человек проживают в районах автономного энергоснабжения или ненадежного централизованного энергоснабжения, занимающих более 70% территории России.

Экономический потенциал ВИЭ на территории России, выраженный в тоннах условного топлива (т.у.т.), составляет по видам источников: энергия Солнца - 12,5 млн., энергия ветра - 10 млн., тепло Земли - 115 млн., энергия биомассы - 35 млн., энергия малых рек - 65 млн., энергия низкопотенциальных источников тепла - 31.5,млн., всего - 270 млн. т.у.т.

Эти источники по объему составляют примерно 30% от объема потребления топливно-энергетических ресурсов в России, составляющего 916 млн. т.у.т. в год, что создает благоприятные перспективы решения энергетических, социальных и экологических проблем в будущем.

Особенностью современного состояния научно-технических разработок и практического использования ВИЭ является пока еще более высокая стоимость получаемой энергии (тепловой и электрической) по сравнению с энергией, получаемой на крупных традиционных электростанциях. Но актуальность данного вопроса не исчезает. В России имеются обширные районы, где по экономическим, экологическим и социальным условиям целесообразно приоритетное развитие возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. К ним относятся:

• зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения, в первую очередь, районы Крайнего Севера и приравненные к ним территории;
• зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными материальными потерями из-за частых отключений потребителей энергии;
• города и места массового отдыха и лечения населения со сложной экологической обстановкой, что обусловлено вредными выбросами в атмосферу от промышленных и городских котельных, работающих на ископаемом топливе;
• зоны с проблемами обеспечения энергией индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных участков.

По сути, широкое использование возобновляемых источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической стратегии России.

К примеру, во многом энергетическая безопасность формируется на региональном уровне. Степень обеспеченности регионов собственными топливно-энергетическими ресурсами является одним из основных показателей восприимчивости регионов к угрозам энергетической безопасности. Освоение и использование местных энергетических ресурсов (гидроэнергетика малых рек, торф, небольшие месторождения углеводородных топлив и др.), а также использование других, в первую очередь возобновляемых, энергетических ресурсов (солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы) позволят многие регионы страны перевести на энергообеспечение за счет ВИЭ, обеспечив их энергетическую независимость.

В некоторых областях использования ВИЭ Россия имеет крупные научные результаты, соответствующие мировому уровню. Выявлены большие потенциальные возможности использования этих источников энергии в решении энергетических и экологических проблем уже в ближайшем будущем.

В последние десятилетия использование возобновляемых источников энергии все чаще становится темой различных научных исследований, совещаний, ассамблей. Люди приходят к пониманию, что добывая для себя ресурсы, мы наносим необратимый вред планете. А с развитием технического прогресса энергии для человечества требуется все больше и больше. Если еще пару десятилетий назад экспериментальные установки, преобразующие энергию ветра или солнца в электрическую и тепловую вызывали саркастические улыбки, то сейчас эти ресурсы уже получили распространение и стали вполне обычным явлением.

Но далеко еще не все знают, что в конструкциях многих современных приборов используются технологии, использующие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. К примеру, производители компании Bosh производят котлы отопления и ГВС, создали несколько моделей, которые подсоединяются к солнечным коллекторам. В результате этого шага КПД котлов возрос на 110%. Получается, что атмосфера получает намного меньше вреда в виде продуктов сгорания природного газа, а люди получают существенную экономию, благодаря уменьшению потребления газа, следовательно, и оплаты за него.

Польза от экономичных приборов, работающих на возобновляемых источниках энергии понятна, и теперь перед учеными и промышленниками стоит главная задача – провести максимально обширную информационную компанию, которая бы привела человечество к выбору экологичных технологий.

Что такое возобновляемая энергия

Возобновляемая энергия носит еще несколько названий. Это «регенеративная энергия» и «зеленая энергия», то есть энергия, которую вырабатывается природными источниками, и ее добыча совершенно не вредит окружающей среде. Запасы такой энергии неисчерпаемы, размеры их неограниченные, если судить по меркам человечества.

Соотнести обозримое будущее людей и, к примеру, срок жизни солнца, совершенно невозможно. Буквально недавно ученые обнародовали выведенную ими цифру лет, после которой солнце совершенно погаснет. Это 5 миллиардов лет. Очень хочется верить, что жизнь на Земле будет процветать все это время, и что люди будут жить и здравствовать. Но уже сейчас можно предположить, что число людей на планете будет расти, как и сейчас. Для них нужны будут дешевые энергетические ресурсы. Возобновляемые энергетические технологии будут в этом вопросе единственным выходом при условии сохранения планеты, ее богатств животного и растительного мира, климатического разнообразия, ландшафтных красот, чистого воздуха, воды, земли и недр.

Именно поэтому так широко приветствуются уже сейчас технологии получения энергии при помощи ветра, солнца, дождя, геотермальных источников, рек, морей и океанов и пр. Все это возобновляемые источники энергии. Сколько бы человек не пользовался такой энергией, она никогда не иссякнет. Ветер всегда будет дуть, вызывая приливы и отливы, реки всегда будут своей мощью крутить лопасти гидротурбин, солнечные коллекторы будут обеспечивать тепло в жилых домах и больших учреждениях.

Энергоэффективность и энергосбережение в России

Эти два направления входят в общий стратегический план развития России, обозначены они были еще в 2010 году. Государству действительно выгодно, чтобы возобновляемые источники энергии в России действительно применялись. Если завод будет потреблять дешевую и легко получаемую энергию, то снизится себестоимость продукции. При этом снизится цена на товар в магазине, создав сокращение социальной напряженности, и увеличится общая прибыль предприятия. А это значит, что будут созданы новые рабочие места, будут развиваться новые технологии и существенно вырастет уровень средств, перечисляемых предприятием в виде налогов.

Если частный владелец жилья перейдет на потребление возобновляемой энергии, то государству от этого шага опять-таки будет большая польза. Он, во-первых, приобретет новейшее оборудование, что стоит недешево в настоящее время. Во-вторых, человек не будет требовать подвести к его жилью центральные коммуникации. И в третьих, воздействие на экологию сократиться до минимального, следовательно, государство потратит намного меньше средств на природоохранные мероприятия.

Мотивы в масштабе всей России понятны, осталось самое трудное — научить российских граждан рассуждать не только, исходя из собственных затрат, но и с позиций сбережения природных ресурсов. Необходимо донести до населения, что возобновляемые и невозобновляемые источники энергии могут по-разному влиять не только на благосостояние, но и на здоровье и продолжительность жизни нации.

Нефть, газ, торф, каменный уголь – все это ресурсы привычные, эффективные, но невозобновляемые. Да, если рассматривать вопрос с позиции ныне живущих и даже их детей и внуков, то на наш век всего этого хватит. Но загрязнение атмосферы происходит в большей части именно продуктами сгорания этих ресурсов, а болезни от грязного воздуха (астмы, аллергии, иммунная недостаточность, болезни сердца, рак и пр.) – это уже проблема ныне живущих.

Использование возобновляемых источников энергии не только удешевляет добычу и потребление, но и очищает атмосферу, улучшает наше здоровье. И в этом тоже огромная выгода для государства, ведь здоровое общество – гарант высоких показателей экономики, достижений науки, культуры и искусства и пр.

Ученые отмечают, что в нашей стране огромный потенциал для развития использования энергосберегающих технологий. Мы можем добиться показателя в 40% от всего количества потребления энергии. То есть 40% энергии будет производиться с помощью возобновляемых источников. Это 400 миллионов т.у.т. Для справки: 1 т.у.т. – это теплота сгорания 1 килограмма условного топлива. То есть мы можем заменить альтернативными источниками 400 миллионов килограмм топлива в год, дорогостоящего и дающего вредные выхлопы. Такова возобновляемая энергия в России, а если говорить о мире в целом, то этот показатель составляет 20 миллиардов т.у.т. в год! Это более половины всего топливного и энергетического ресурса.

Российское правительство разработало ряд документов, которые определяют регламент работы по внедрению у нас энергоэффективных технологий. Рассчитано их действие до 2030 года.

Очень интересно мнение экономических аналитиков на тему внедрения в России технологий с использованием возобновляемых источников энергии. Они заметили, что поводом для использования крупными бизнес-субъектами новейших разработок, производства экологичных приборов, имеет два мотива. Первичен мотив экономический. Если технология приносит прибыль производителю или пользователю, то она используется и внедряется. А вот улучшение экологии всегда является вторичным мотивом, про него вспоминают только тогда, когда успешно получена прибыль. Менталитет, что поделать!

Возобновляемые источники энергии: мировые тенденции

В этом направлении поражает очень интересная тенденция – наиболее сильно развиваются и применяются все виды возобновляемых источников энергии в развивающихся и небогатых странах. Они, конечно, не приблизились к цифрам затрат передовых стран, но по темпам развития опережают, и достаточно уверенно.

В 2012 году были созданы и получили развитие проекты по возобновляемым технологиям в 138 странах. И две трети от этого числа – развивающиеся страны. Неоспоримым лидером среди них является Китай, в 2012 году он увеличил получение электричества из солнечной энергии на 22%, по государственным расценкам «из солнца» было получено 67 миллиардов долларов! Так же резкий рос развития энергоэффективных и экологичных технологий произошел в Марокко, в Южной Африке, Чили, Мексике, Кении. Блестящих результатов в своих регионах добились Ближний Восток и Африка.

ООН отметила, что благодаря такому эффективному росту был обеспечен доступ всех стран к современным энергетическим услугам, были удвоены темпы повышения эффективности использования альтернативной энергии на Земле, и появилась очевидная вероятность того, что к 2030 году альтернативная энергетика обгонит стандартную.

В развитых странах предпринимаются ряд мер, которые позволяют ускорить процесс строительства установок для получения возобновляемой энергии. В Японии, к примеру, тем, кто устанавливает солнечные батареи, положены льготные тарифы и субсидии на строительство и установку.

Гидроэлектростанции

В этих сооружениях электричество вырабатывается за счет энергии падающей воды. Поэтому строят такие объекты на реках с большим течением и перепадами в уровне на местности. Кроме того, что река никогда не перестанет течь, выработка энергии не приносит никакого вреда окружающему пространству. Мировое сообщество получает таким способом до 20% от всей электроэнергии. Лидеры в этой отрасли – страны, где протекает большое количество многоводных рек: Россия, Норвегия, Канада, Китай, Бразилия, США.

Биотопливо

Биотопливо – это самые разнообразные виды возобновляемых источников энергии. Это отходы различных производств: деревообработки, сельского хозяйства. Да и просто бытовой мусор является ценным источником энергии. Также в выработке альтернативной энергии используются мусор со строительства, от вырубки леса, от производства бумаги, от фермерских хозяйств, мусор с городских свалок и там же вырабатываемый естественным образом метан.

В последнее время в прессе все больше появляется информации, что топливом становятся такие источники, которые ранее даже предположительно ими быть не могли. Это навоз с ферм, это перегнившая трава, это растительное и животное масло. В продукты переработки этих источников добавляется немного дизельного топлива, и далее используется по назначению – для заправки автомобилей! Выхлопы такого топлива во много раз менее токсичны, что особо важно в мегаполисах. Сейчас уже ученые ведут разработку рецептуры и технологии производства биотоплива без добавления дизельного.

Ветер

Технология ветряных мельниц известна издревле. И только в 70-х годах прошлого века люди стали придумывать ветряки в качестве источников альтернативной энергии. Были созданы первые ветряные электростанции. Уже в 80-е годы XX века в селах стали появляться целые ряды генераторов, преобразовывавшие в электрическую энергию ветра. Сейчас лидируют по числу таких электростанций Германия, Дания, Испания, США, Индия и все тот же самый прогрессивный Китай. Отличительная особенность установки таких сооружений – их совсем не низкая себестоимость. Окупается ветряк не очень быстро, и строительство ветряных станций требует первоначальных инвестиций.

Геотермальная энергия

Геотермальные электростанции работают на тепле природных горячих источников, они его преобразовывают в электрическую энергию и снабжают жилые помещения близлежащих населенных пунктов горячей водой. Первая такая электростанция была пущена в эксплуатацию в Италии в 1904 году. Причем работает она до сих пор и довольно успешно! Сейчас такие станции построены в 72 странах мира, лидируют здесь США, Филиппины, Исландия, Кения, Россия.

Океан

Приливы и отливы в прибрежных зонах океана настолько сильны, что своим течением они способны выработать довольно большое количество энергии. Плотиной разгораживаются верхний и нижний бассейны, при движении воды вращаются лопасти турбины, которая приводит в действие генератор электричества. Схема проста, как и все, что связано с возобновляемыми источниками энергии. На планете всего 40 таких станций, потому что мало где соблюдено природой основное требование – разница уровня в бассейнах 5 метров. Построены приливные станции во Франции, Канаде, Китае, Индии, России.

В последнее время все большую популярность приобретает технология «пассивного охлаждения и нагревания». Благодаря ей, совершенно не нужно отапливать или охлаждать жилое помещение, следовательно, происходит экологичное получение энергии из внутренних ресурсов самого дома. Технология включает в себя правильное архитектурное решение, соблюдение размеров окон и наклона козырьков, структуры стен и потолков, а также использование внутренних вентиляторов и деревьев, посаженных рядом с домом. Очень интересная и рачительная технология, проверенная уже не на одном жилом строении.

Несколько слов о будущем

Будущее сегодня кажется немного наивным, как когда-то смешными казались солнечные батареи и ветряные электростанции. Сегодня ученые прогнозируют развитие технологии водородного топлива, энергии синтеза атомов водорода в атом гелия с огромным выделением энергии, а также планируют получать энергию солнца с помощью спутников Земли и использовать энергию черных дыр. Словом, все теории необычайно интересны. Кто знает, может, уже через 5-10 лет все черные дыры нашей галактики будут работать для тепла в наших домах. Главное, чтобы планета наша жила и была чистой и безопасной!

Германия: Ставка на возобновляемые источники энергии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»

Факультет геоэкологии и географии

Кафедра экологии и природопользования

РЕФЕРАТ

По курсу “Техногенные системы и экориск”

На тему

“Возобновляемые и не возобновляемые источники энергии”

Подготовил:

Студент группы ЭКО-14-2П

Рузметов Т.В.

Москва 2017

Введение............................................................................................................... 3

1. Возобновляемые энергоресурсы.................................................................... 4

1.1. Классификация возобновляемых источников энергии............................... 4

1.2. Ветроэнергетика........................................................................................... 5

1.3. Гидроэнергетика........................................................................................... 7

1.4 Гелиоэнергетика............................................................................................ 9

1.5 Энергия биомассы....................................................................................... 11

2. Невозобновляемые источники энергии........................................................ 13

2.1. Представители невозобновляемых энергоисточников............................. 14

2.1.1. Уголь........................................................................................................ 14

2.1.2. Нефть........................................................................................................ 16

2.1.3. Природный газ........................................................................................ 17

2.2. Получение атомной энергии...................................................................... 17

2.2.1. Атомные электростанции........................................................................ 18

2.2.2. Преимущества и недостатки АЭС........................................................... 19

2.2.3. Аварии на АЭС........................................................................................ 20

Заключение........................................................................................................ 21

Список использованной литературы................................................................ 22

Введение

В современном мире существуют несколько глобальных проблем. Одна из них - истощение природных ресурсов. С каждой минутой в мире используется огромное количество нефти и газа для нужд человека. Поэтому возникает вопрос: на долго ли нам хватит этих ресурсов, если продолжать их использовать в таком же огромном объеме? По расчетам, запас нефтяных ресурсов планеты исчерпается к концу нынешнего столетия. То есть, нашим внукам и правнукам будет нечего использовать для получения энергии? Звучит пугающе. Также использование традиционных полезных ископаемых плохо влияет на экологическую обстановку мира. Поэтому, человечество сейчас все больше задумывается об альтернативных источниках получения энергии. В этом и состоит актуальность данной реферативной работы.

Возобновляемые энергоресурсы

Классификация возобновляемых источников энергии

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.

Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.

ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:

· механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);

· тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);

· химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).

Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.

Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами:

· Неисчерпаемость ВИЭ;

· Нет потребности в транспортировке;

· ВИЭ - экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду;

· Отсутствие топливных затрат;

· При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы;

· Нет необходимости в использовании воды в производстве.

Ветроэнергетика

Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м.

Однако в начале 19-20 вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики.

Наиболее острый вопрос ветроэнергетики - экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.

Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра.

Скорость ветра - главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью.

Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.

ВЭС с вертикальной осью вращения (на вертикальную ось «насажено» колесо, на котором закреплены «приемные поверхности» для ветра), в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Главными недостатками таких агрегатов является их малый период вращения и малый КПД по сравнению с горизонтальными ВЭС. К побочным действиям работы таких установок следует отнести наличие низкочастотных вибраций, возникающих за счет дисбаланса ротора.

Ветроэнергетический рынок - один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год - 31%.До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста.

В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах.

Гидроэнергетика

Человек с давних пор использовал энергию воды и ее течения в своих нуждах. Поэтому история гидроэнергетики берет свое начало с древних времен: еще древние греки использовали водяные колеса для помола зерна. С течением времени технологии совершенствовались, и в 19 веке была изобретена первая водная турбина. Ее создали отдельно друг от друга 2 ученых: русский исследователь И. Сафонов в 1837 и французский ученый Фурнейрон в 1834 году. Однако изобретателем гидротурбины, можно даже сказать первой ГЭС, считается М. Доливо-Добровольский. Свое изобретение он продемонстрировал на выставке во Франкфурте. Оно состояло из генератора трехфазного тока, который вращала водяная турбина, а электричество, вырабатываемое ею, передавалось по 170 километровым проводам на всю территорию выставки. В настоящее время энергия воды составляет более 60 процентов от всех ВИЭ и является самой производительной из всех (КПД современных ГЭС составляет около 85-95%). После этого в мире начинается «гидроэнергетический бум».

Основными причинами столь бурного развития гидроэнергетики являются постоянное возобновление ресурсов круговоротом воды в природе и относительно простыми механизмами добычи самой энергии. Однако, зачастую, постройка и установка ГЭС очень трудоемкий и капиталоемкий процесс. Особенно это относится к сооружению плотин и накоплению огромных масс воды за ними. Также стоит отметить, что добыча гидроэнергии экологически чистый процесс. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии .

Если описывать работу ГЭС, то ее принцип заключается в выработке энергии турбиной, вращаемой с помощью падающей с неопределенной высоты воды. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Турбины устанавливаются в зависимости от напора водяного потока на ГЭС.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

· Мощные - вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;

· Средние - до 25 МВт;

· Малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

В настоящее время лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Китай, Канада, Россия. Лидером по количеству энергии воды на душу населения является Исландия.

Гелиоэнергетика

Солнце - один из самых источников излучения в нашей Вселенной. И поэтому не случайно энергия звезды все больше используется человеком для переработки в электричество. Действительно, излучение Солнца, доходящее до всей поверхности Земли, имеет колоссальную мощность 1,2*10 14 кВт. И иногда очень обидно, что огромная часть этой энергии пропадает зря, особенно если она по своему количеству в разы превосходит ресурсы всех остальных ВИЭ вместе взятых. Поэтому в последние годы все активнее развивается гелиоэнергетика, в которой используется солнечная радиация для получения электричества.

Однако с помощью солнечного тепла можно не только получать ток, но обеспечивать теплопроводность. Такое возможно благодаря солнечным коллекторам, в которых нагревается вода при помощи солнечной радиации. И теперь она может использоваться для обогрева каких-либо сооружений.
Также как и в ветроэнергетике, для гелиостанций очень важно правильно выбрать место для их постройки. Не следует забывать, что солнечные лучи, прежде чем достигнуть поверхности Земли, преодолевают множество преград. Прежде всего, к ним можно отнести атмосферу, а в особенности озоновый слой. Именно благодаря ему на Земле вообще возможна жизнь, ведь он не пропускает вредное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Также немаловажную роль играют содержащиеся в атмосфере частицы водяного пара, пыли, примесей газов и другие аэрозоли. Они частично рассеивают радиацию.

В целом, поступление радиации на земную поверхность зависит от:

· Географической широты;

· Состояния атмосферы;

· Климатических особенностей территории;

· Высоты места приема над уровнем моря;

· Высоты солнца над горизонтом и др.

Общее излучение, доходящее до Земли подразделяется на:

· Прямое излучение, дошедшее до Земли;

· Рассеянная радиация;

· Противоизлучение атмосферы.

На основе этих величин составляется суммарный радиационный баланс земли, по которому определяются наиболее удачные места для расположения гелиостанций.

Классифицировать их можно по:

· Виду преобразования солнечной энергии в другие ее виды - тепло или электричество

· Концентрированию энергии - с концентраторами или без них

· Технической сложности - простые и сложные

К простым установкам относят опреснители, нагреватели воды, сушилки, печные нагреватели ит.д.

К сложным относятся установки, которые преобразуют поступившую солнечную энергию в электрическую путем фотоэлектрических приборов.

Одним из лидеров использования солнечной энергии является Швейцария. В данный момент в стране эффективно развивается программа по строительству гелиостанций. Также идет тенденция на производство солнечных батарей, устанавливающихся на крыши зданий или как фасады. Такие установки могут компенсировать 50…70% энергии, затрачиваемой на производство

Энергия биомассы

К биомассе относятся все вещества органического происхождения.

1. Древесина. Уже многие тысячи лет человек использует дрова для получения тепла, приготовления пищи, освещения жилья. Да и до сих пор в мелких поселениях традиционно используется этот вид получения энергии. К сожалению это все приводит к одной из важнейших проблем мира - вырубки лесов. Однако эта задача решается с помощью использования энергии быстрорастущих деревьев, таких как тополь, ива и др.

2. Отстой сточных вод. Если вдуматься, то в использованных человеком водах таятся огромные запасы энергии. При отстаивании жидкости образуется огромное количество твердого вещества, которое при переработке анаэробными бактериями может содержать около 50% органического вещества. Однако существуют значительные трудности при переработке сточных вод. Главное из них - высушивание этих вод, так как на это тратится много тепла, которое по своим количественным характеристикам может превосходить теоретические значение энергии при полном сгорании отстоянного вещества. Также этот процесс не рентабелен с точки зрения экологии. Ведь при сгорании выделяется большое количество углекислого газа. Самым правильным вариантом в этом случае считается получение метана при помощи анаэробных бактерий. Но установки для этого весьма несовершенны, поэтому этот способ в современное время не получает большого размаха.

3. Отходы животноводства. Экскременты животных содержат высокое количество органического вещества, которые может использоваться для получения энергии. Однако так же, как и в случае со сточными водами, в навозе содержится большое количество влаги, поэтому его высушивание не выгодно. Тогда существует другой вариант - это анаэробное перегнивание. С помощью него получают метан, а оставшиеся вещества могут пойти на удобрения для почв. Но стоит помнить, что количество перерабатываемого вещества гораздо больше в более свежем навозе, поэтому, чтобы его переработка была экономически выгодна, нужны специальные постройки, позволяющие собирать все экскременты в одно место, не теряя его свежести.

4. Растительные остатки. После сбора урожая всегда остаются неиспользуемые части растений. Они представляют еще один источник энергии. В них содержится целлюлоза - углеродсодержащий углевод. Благодаря относительно небольшому количеству влаги в останках, при сжигании они выделяют много энергии. Ограничивающим фактором развития этого источника энергии является сезонность произрастания культур. Чтобы обеспечить круглогодичное использование останков растений, нужны специальные сооружения для их роста . Также немаловажными факторами являются потребность в перевозки к месту переработки и легкость сбора культур.

5. Пищевые отходы. Они тоже могут служить источником получения энергии. Особенно учитывая, что, например, в отходах фруктов содержится большее количество углеродсодержащих сахаров, чем в остатках зерновых культур, а в остатках мясных продуктов значительное количество протеина. Но наличие влаги затрудняет возможность получения энергии путем сгорания отходов. Поэтому целесообразней из них получать метан с помощью бактерий. Но тут появляется другая трудность: пищевые отходы с успехом используются в животноводстве. Поэтому этот источник практически не развивается в наше время. Исключение только составляют отходы в виде семян и шелухи, а также остатки от сахарного тростника. Например, в странах, где произрастает много тростника, его отходы идут на производство этанола, который при сжигании выделяет большое количество энергии. Самым ярким примером могут послужить Гавайские острова.