Варианты для дачи
При необходимости создания независимого электроснабжения дачи, вариант использования солнечной электростанции, также наиболее приемлем. В этом случае, при сезонном характере использования оборудования, можно законсервировать устройства или вывести их из работы, на период отсутствия необходимости в эксплуатации.
Вариант строительства ветрового генератора, также вполне доступен и оправдан. Потому как понеся, некоторые разовые финансовые расходы, в дальнейшем можно, в зависимости от потребности, получать свое электричество.
Вариант применения схемы «ветровой генератор + солнечная электростанция», в этом случае, также актуален, и позволяет создать полностью автономную и надежную схему электроснабжения.
Вода как источник энергии
Самый известный способ использования воды для получения электричества — это, конечно же, ГЭС. Но он не единственный. Есть ещё энергия приливов и энергия течений. А теперь по порядку.
Гидроэлектростанция это плотина, в которой имеется несколько шлюзов для управляемого сброса воды. Эти шлюзы соединены с лопастями турбогенераторов. Протекая под давлением, вода раскручивает его, тем самым вырабатывая электричество.
Недостатки:
- затопление прибрежных территорий;
- уменьшение численности обитателей рек;
- шум.
Для использования энергии воды строят специальные станции
Сила течений
Этот способ получения энергии похож на ветрогенератораторный, с той лишь разницей, что генератор с лопастями огромных размеров размещается поперек крупного морского течения. Такого как Гольфстрим, например. Но это очень дорого и технически сложно. Поэтому всё крупные проекты остаются пока на бумаге. Тем не менее, существуют небольшие, но действующие проекты, демонстрирующие возможности этого вида энергии.
Энергия приливов
Конструкция электростанции, превращающая эту разновидность энергии в электричество, представляет собой огромную плотину, размещенную в морском заливе. В ней есть отверстия, через которые вода проникает на обратную сторону. Они связаны трубопроводом с электрогенераторами.
Работает приливная электростанция следующим образом: во время прилива уровень воды повышается и создается давление, способное вращать вал генератора. По окончании прилива впускные отверстия закрываются и во время отлива, который происходит через 6 часов, открывают выпускные и процесс повторяется в обратную сторону.
Плюсы этого способа:
- дешевое обслуживание;
- приманка для туристов.
Недостатки:
- значительные затраты на строительство;
- вред для морской фауны;
- ошибки при проектировании могут вызвать затопление близлежащих городов.
Что выбрать: возобновляемые источники энергии или энергетику атома?
Исторически так сложилось, что атомная, угольная и гидроэнергетики являются массовыми источниками получения энергии
Поэтому, не беря во внимание тот факт, что многие страны мира вплотную занимаются развитием сектора ВЭ, руководством РФ к началу 2020 года было запланировано получение лишь 4,5% энергии от возобновляемой энергетики, понимая, что запасы углеводородного сырья не безграничны
Правительство России рассчитывает на долгосрочное получение энергии от плутониевой и термоядерной энергетики; такие источники энергии не до конца исследованы и представляют реальную угрозу человечеству. Это относится к развитию и применению всей атомной энергетики.
С целью большего исследования атомной энергетики во Франции в 2007 году было начато строительство экспериментального термоядерного реактора, имеющего международное значение.
Проект был основан группой из нескольких стран, в составе которой присутствует и Россия. Основной целью создания подобного проекта было доказательство возможного коммерческого применения энергии, полученной при термоядерном синтезе, как источника электрической энергии. Решение этого вопроса до теперешнего времени не было найдено.
Согласно расчетам ученых, занимающихся изучением термоядерных процессов, полученный от них объем энергии к 2100 году не сможет превысить планку в 100 ГВт, что является низким показателем решения проблем человечества, связанных с получением электроэнергии. В качестве примера можно взять тот факт, что современные мировые электростанции дают 4000 ГВт электроэнергии.
Единственным путем решения проблемы получения электроэнергии является переход человечества на источники возобновляемой энергетики с параллельным применением технологий, способствующих сбережению электроэнергии. Достоинством такого перехода будет сохранение климата планеты. Все необходимые финансы для начала данного процесса имеются.
Минусы применения альтернативных источников энергии
- Непостоянство, зависимость от погодных условий и времени суток.
- Невысокий коэффициент полезного действия (за исключение водных источников энергии).
- Высокая стоимость
- Недостаточная единичная мощность установок.
4. Гидроэнергетическая энергия
Гидроэнергетика исходит из потенциальной энергии воды с водой, управляющей гидротурбиной и генератором.
Другим вариантом является использование кинетической энергии воды или неподготовленных источников, таких как приливная сила. Гидроэнергетика работает за счет использования гравитационного спуска реки, которая с давних пор сжимается в одном месте с плотиной или дном. Это создает место, где концентрированное давление и поток воды могут использоваться для вращения турбин или водяных колес для привода электрического генератора. Электрические генераторы, работающие от гидроэлектроэнергии, могут работать в обратном направлении в качестве двигателя, чтобы откачивать воду для последующего использования.
Плюсы
- Вода может накапливаться над плотиной и выпускаться в соответствии с пиками спроса. Поэтому, в отличие от других типов электростанций, гидроэлектростанции могут быстро увеличиваться до полной мощности.
- Электричество может генерироваться постоянно, потому что нет внешних сил, в отличие от других видов альтернативной энергии, которые влияют на доступность воды.
- Гидроэлектроэнергия не производит никаких отходов или загрязнений, поскольку нет никакой химической реакции на производство энергии.
- Вода, используемая для гидроэнергетики, может быть повторно использована.
The Cons
- Плотины могут быть очень дорогими для сборки.
- Необходимо обеспечить достаточный и достаточно мощный запас воды в этом районе для производства энергии.
Основные виды
Виды альтернативных источников добычи энергии не ограничиваются солнечным светом и ветром.
Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.
Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.
Ядерная энергетика
Атомная электростанция Ясловское Богунице в Словении
Для выработки электричества этим способом используют ядерную энергию (обычно вызывают цепную реакцию урана-235 или плутония-239). Работа атомных электростанций характеризуется экологичностью (при условии безаварийной работы) и дешевой выработкой энергии. Мощность при этом можно наращивать долго.
Многие страны с большой плотностью населения сворачивают работу АЭС в связи с долгосрочным заражением и отравлением территорий в случае аварий. Италия полностью отказалась от ядерной энергетики, а Бельгия, Германия и Испания начали длительную политику по постепенному отказу от АЭС.
Другими проблемами этого вида добычи являются стоимость утилизации отработанного материала и тепловое загрязнение, при котором выброс тепла сказывается на ускорении глобального потепления.
Энергия солнца
Солнечная энергия считается ведущим и экологически чистым источником энергии. На сегодня для получения электроэнергии разработаны и используются термодинамический и фотоэлектрический метод. Подтверждается концепция работоспособности и перспективности наноантенн. Солнце, являясь неистощимым источником экологически чистой энергии, вполне может обеспечить потребности человечества.
Энергия ветра
Давно и успешно используется людьми энергия ветра, ветряков. Ученые разрабатывают новые и совершенствуют имеющиеся ветряные электростанции. Снижая затраты и повышая КПД ветряков. Особую актуальность они имеют на побережьях и в местностях с постоянными ветрами. Преобразуя кинетическую энергию воздушных масс в дешевую электрическую энергию, ветряные электростанции уже сегодня вносят существенный вклад в энергосистему отдельных стран.
Геотермальная энергетика
Источники геотермальной энергии используют неисчерпаемый источник — внутреннее тепло Земли. Существует несколько рабочих схем, не меняющих суть процесса. Природный пар очищают от газов и подают в турбины, вращающие электрогенераторы. Подобные установки работают по всему миру. Геотермальные источники дают электричество, греют целые города и освещают улицы. Но мощность геотермальной энергетики использована очень мало, а технологии получения имеют низкий КПД.
Приливная и волновая энергетика
Не стоит сбрасывать со счетов приливы и отливы моря. Здесь огромный склад энергии, которую уже давно жители приморских регионов используют себе во благо. Начнем с того, что вода плотнее воздуха почти в 900 раз, поэтому небольшое ее движение заставляет крутиться турбины. Конечно, такое сооружение не под силу хозяину частного дома, поэтому на нем не стоит останавливаться
Но для информации примите это во внимание. Тем более мы рассматриваем альтернативные виды энергии. Приливная и волновая энергетика – это бурно развивающийся способ преобразования потенциальной энергии движения водяных масс в электрическую энергию
Имея высокий коэффициент преобразования энергии, технология имеет большой потенциал. Правда, может использоваться только на побережьях океанов и морей
Приливная и волновая энергетика – это бурно развивающийся способ преобразования потенциальной энергии движения водяных масс в электрическую энергию. Имея высокий коэффициент преобразования энергии, технология имеет большой потенциал. Правда, может использоваться только на побережьях океанов и морей.
Биомассовая энергетика
Процесс разложения биомассы приводит к выделению газа имеющим в своем составе метан. Очищенным, он используется для выработки электроэнергии, обогрева помещений и других хозяйственных нужд. Существуют небольшие предприятия, полностью обеспечивающие свои энергетические потребности.
Прочие варианты
Существуют и другие виды альтернативной энергетики:
- Мускульная энергетика;
- Криоэнергетика;
- Гравитационная энергетика;
- Вулканическая энергетика.
Но у этих способов тоже есть свои недостатки: так, последний АИЭ локален.
Какие альтернативные источники энергии бывают: 9 видов
Разберем самые популярные разновидности альтернативной энергетики на 2022 год.
Солнечная энергетика
Звезда-красный карлик Солнце — главный источник энергии для всего живого на Земле:
- каждый год планета получает 173 ПВт (173 млн ГВт) солярной энергии;
- обретенная энергия в 10 000 раз превышает глобальные потребности в ней.
Преобразовывать солнечный свет в электроэнергию возможно посредством фотоэлектрических модулей через работу полупроводников — главным образом, кремниевых. Такие солнечные батареи устанавливают как на крышах, так и на более обширных территориях. Необязательно, чтобы все время светило Солнце — коллекторы исправно вырабатывают электричество в пасмурную погоду, в дождь и снег.
Солярные батареи используются для трех главных целей:
- Отопление дома.
- Нагревание воды.
- Кондиционирование воздуха.
Энергия ветра
Использование потоков воздуха в качестве источников энергии — давняя традиция. Испокон веков ветряные мельницы:
- применялись для помола муки;
- использовались на лесопильных работах;
- служили водоподъемными и насосными станциями.
Сегодня же человечество перешло к ветрогенераторам, способным превращать кинетическую энергию сильных ветров сперва в механическую энергию роторов, а уже затем — в электроэнергию. На 2022 ветроэнергетику считают одним из самых перспективных направлений альтернативной энергетики. Только за прошедшее двадцатилетие ее мощности возросли с 7,5 ГВт до 564 ГВт.
Энергия воды
Вода — еще один древний источник возобновляемой энергии. Еще в эпоху фараонского Египта и могущественного Рима силу Н2О использовали, чтобы привести в движение мельницы и другие машины. Применение водяных мельниц унаследовали и Средние века, когда эти простые и надежные приспособления обеспечивали работу целлюлозно-бумажных фабрик, лесопилок.
Энергия приливов и отливов
Непревзойденная красота приливов и отливов может оказаться и очень полезной, так как позволяет получать электроэнергию. Эти естественные природные процессы заставляют вращаться генератор, который и вырабатывает электричество. Иными словами, используется гидродинамическая энергия — разница температур + перепад давления. В данный момент источник находится в активной разработке, однако уже известно, что одно лишь европейское побережье способно генерировать 280 ТВт·ч / год такой альтернативной энергии (что составляет 50 % от потребления электричества той же Германией).
Геотермальная энергия
Тепло «сердца» Земли также способно подарить людям электричество, ведь подземные озера и верхние слои поверхности нагреваются именно посредством геотермальной энергии. С экономической точки зрения это очень выгодный источник, так как он требует лишь разработку небольших скважин. Добыча геотермальной энергии широко распространена в регионах, где горячие источники максимально приближены к верхним слоям грунта.
Биоэнергетика
Звание самого универсального альтернативного источника по праву принадлежит энергии биомассы — отходам как растительного, так и животного происхождения. Человечество научилось извлекать электричество и тепло, использовать в качестве топлива газообразную, жидкую и твердую биологическую массу от спирта до навоза.
Энергия осмотической диффузии
Один из недавно открытых, однако вполне себе перспективных источников возобновляемой энергии: осмотические электрические станции строят в устьях рек с целью извлечения энергии из энтропии жидкостей во время взаимодействия пресной и соленой воды. Дело в том, что когда солевая концентрация выравнивается, заявляет о себе избыточное давление — оно-то и приводит во вращение лопасти турбин. Так как направление новое, осмотическая станция сегодня одна на всю планету — находится в Норвегии.
Гравитационная энергетика
Как добывается электроэнергия в данном случае? Потенциальная энергия гравитационного поля Земли преобразуется в электричество. Сегодня разработка находится в стадии проектирования: гравитационная электростанция будет представлять из себя нечто, напоминающее подъемный кран со стрелами. Когда опускаются блоки, двигатели приводятся в действие. А когда в сети накапливается энергия, осуществляется подъем блоков.
Градиент-температурная (гидротермальная) энергия
Энергия вырабатывается за счет разности температур: способ пока что не самый распространенный, но уже привлекающей умеренной себестоимостью. Существующие градиент-температурные станции находятся на морских побережьях: как известно, Мировой океан поглощает порядка 70 % солярной энергии, достающейся Земле. Что все это значит?
Основные проблемы альтернативной энергетики
Отсутствие государственной поддержки
Главная проблема использования альтернативных источников энергии – дотационность. К примеру, внедрение новых технологий в странах с прохладным климатом и недостаточным количеством солнечного света потребует значительных финансовых затрат. Без серьезной государственной поддержки использование альтернативной энергетики будет убыточным и бессмысленным. Значительных затрат потребует не только производство, но и транспортировка энергии.
Альтернативная энергетика не подходит для промышленного производства
Энергия, получаемая из природных источников, нуждается в «страховочном» дублировании другими типами электростанций. Это связано с тем, что ее производство зависит от времени суток, погодных условий и прочих факторов. К сожалению, в большинстве стран альтернативная энергетика способна выполнять функцию дополнительного источника, но заменить собой традиционную энергию она пока что не может.
Зависимость от погодных условий
Непостоянство природных явлений – это еще одна серьезная проблема альтернативных источников энергии. Солнце может в любой момент скрыться за тучами, ветер утихнуть, а высота приливов уменьшиться. Установив на крыше дома солнечные батареи, его владелец отдается на милость природы: если в течение нескольких дней будет солнечная погода – в доме будут работать все электроприборы. Но если погода будет пасмурной – жителям дома придется приготовиться к отсутствию самых необходимых благ цивилизации. Даже если до этого были накоплены избыточные запасы энергии – в период простоя электростанций они иссякнут.
Низкий КПД
Низкий уровень выработки энергии природными источниками пока что не позволяет превратить их в основной источник питания. К примеру, для обеспечения жилого дома электричеством в объеме 200-300 Вт площадь солнечных батарей должна составлять не менее 20 м².
Длительный процесс оформления документов
Людям, желающим открыть частную электростанцию, придется столкнуться с необходимостью в получении большого количества бумаг и разрешений. Перед началом выполнения работ по установке электростанции в обязательном порядке надо получить разрешение местных властей на постройку, согласие соседей и пр. Также необходимо ознакомиться с перечнем условий и требований к техническим характеристикам строящихся объектов. Если этого не сделать – владельцу электростанции придется отвечать в суде.
Шумная работа электростанций
Шумная работа характерна не для всех видов альтернативных источников энергии, но игнорировать наличие этого фактора нельзя. При работе ветряных электростанций сила шумового эффекта достигает 34-45 дБ на расстоянии 20 метров. Непрерывный шум будет неприятен как владельцу дома, так и его соседям. Еще один минус альтернативных источников энергии – неприятный запах. Он характерен для биомассовой энергетики, основанной на разложении отмерших растений, навоза и др. Решить проблему неприятного запаха не поможет даже использование герметичных контейнеров.
Высокая стоимость оборудования и обслуживания
Производство оборудования для электростанций – это сложный и трудоемкий процесс, требующий значительных финансовых вложений. Высокая стоимость солнечных батарей обусловлена тем, что в их состав входит фотоэлемент, разработанный на основе кремния. Кремний должен пройти предварительное очищение и преобразование, а это обходится производителям недешево. Так же дела обстоят и с другими источниками энергии, основанной на использовании природных ресурсов.
Геотермальные станции
Геотермальная энергетика базируется на использовании естественого тепла Земли и горячих источников в ее недрах. Добываемый пар поступает по трубам на поверхность и вращает турбины. Стоимость электроэнергии включает в себя затраты на бурение скважин и очистку от газов, вызывающих коррозию металла. Но благодаря отсутствию котла, систем удаления дыма и топки издержки относительно невелики.
К недостаткам таких электроустановок относится высокое содержание растворенных в горячей воде вредных газов, которые могут привести к заражению окружающей среды, а также необходимость учета геологических и сейсмологических ограничений для недопущения провала грунта вокруг скважины.
Это интересно: Как выбрать газовую колонку: какая лучше и почему + видео
Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.
Зеленая экономика
Как государству продвигать экологическую повестку
Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.
В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.
Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.
Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.
Зеленая экономика
Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая
Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.
Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и . Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.
Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.
В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.
Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.
Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии
(Фото: REN21)
Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)
Виды альтернативной энергетики
В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.
Энергия солнца
Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.
Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.
Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.
Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.
Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.
Энергия ветра
Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.
Основой ветровых установок служит ветровой генератор.Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).
Сила воды
Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.
К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.
Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.
Тепло земли
Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.
Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.
Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.
Биотопливо
Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.
Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.
