Экологические способы добычи энергии

Экологически чистые источники энергии

Ещё в прошлом веке учёные предвещали будущую проблему с экологией, и сейчас эта проблема становится всё более явной. Эти данные подтверждаются с увеличением уровня загрязнения углеродными технологиями. Было подсчитано, что если активно внедрять экологически чистые источники сырья в планетарных масштабах, можно достичь желаемой энергетической безопасности уже к 2050 году.

В последнее время рынок экологически чистых видов энергии растёт довольно быстро, однако это — лишь малая доля желаемого темпа развития, что решило бы проблемы глобального потепления.

К основным экологически чистым технологиям в первую очередь следует отнести энергию ветра и Солнца, энергию океана, приливов и отливов волн, геотермальную энергию, биомассу, что сейчас и рассмотрим.

Энергия ветра

Энергия ветра, как быстроразвивающийся источник электричества, производится благодаря ветротурбинам, что устанавливаются на высотах. Турбины используют ветер, чтобы получать электричество, что удобно и самое главное – экологически безопасно. Ветром вращаются лопасти, которые приводят в действие электрогенератор, что и вырабатывает необходимые киловатты. Использование энергии ветра осуществляется по средствам линий передача, также широко используется в отдалённых районах, где отсутствуют энергосистемы широкого использования. В последнее время ученых заинтересовали ветра, что проносятся достаточно высоко от земли, как источник более качественной энергии.

Солнечная энергия

Не менее популярным является использование Солнца в качестве получения энергии, ведь ежедневно на Землю поступает энергия от солнечных лучей, которой хватит на 6 млр населения планеты. Энергетика Солнца – это нетрадиционная энергетика, что берёт за основу солнечное излучение. Благодаря многочисленным работам солнечная энергия преобразовывается в электрическую и теплую. Впервые благодаря солнечной энергии электричество было получено ещё в 1957 году, когда при освоении Космоса на спутнике были установлены солнечные батареи и с лёгкостью вырабатывали электроэнергию. Однако это далеко не все возможности энергии Солнца. Солнечное излучение используется также для подогрева воды и отопления различных помещений с помощью специальных солнечных коллекторов.

В хозяйстве домов и ферм можно использовать солнечные панели, которые эффективно обеспечивают электроэнергией всё оборудование вплоть до комплексного энергоснабжения больших коттеджей и усадьб. Такие панели также могут обеспечить быстрый подогрев бассейнов и кондиционирование.

Энергия вакуума

Хотелось бы отметить ряд научных исследований, направленных на получение энергии благодаря физическому вакууму. Большой вклад в развитие вакуумной энергии внёс лауреат Нобелевской премии Р. Фейнман, который доказал энергетический потенциал вакуума. По его словам, вакуум, что заключен в объёме электрической лампочки, содержит такое количество энергии, что способно подогреть воды мирового океана. Основой вакуумного учения есть пространство как огромный физический вакуум, что является частью энергопреобразования.

Газовые электростанции

К экологически чистым способам получения энергии можно по праву отнести сверхэффективные газовые электростанции, что используют в своей работе усовершенствованные турбины. За счёт более высокого показателя КПД такие электростанции приводят к значительно меньшему выбросу различных парниковых газов. Однако более широкого использования данной технологии сдерживается проблемами с поставками газа и его высокая цена по сравнению с каменным углем, который пока месть имеет большую востребованность.

Обезуглероженный каменный уголь

Большая привязанность к использованию угля привела к новым технологиям и в этой сфере, — обезуглероженному каменному углю. Благодаря комплексному процессу газификации каменного угля возможно внедрение более экологически безопасных электростанций. После газификации угля значительно снижается выброс оксида серы, ртути и оксида азота в атмосферу. Кроме того, такой комбинированный цикл газификации значительно сокращает выбросы углекислого газа. Процесс обезуглероживания каменного угля осуществляется при помощи скрубберов, комбинированных циклов или связыванием углерода.

Энергия океана, приливов и отливов

Разумеется, следует отметить и актуальность энергии волн и океана. Данная энергия образовывается в волнах на поверхности океана и измеряется мощностью волновой энергии кВт на метр. Мощность такой энергии напрямую зависит от высоты волны и является значительно мощнее ветровой и солнечной энергии. Данный вид энергии – 100% возобновляем и является альтернативным видом экологически чистых источников энергии. Кроме того, достаточно мощной является энергия приливов и отливов, которая начала использоваться ещё в XI веке при работе мельниц и лесопилок. Работа приливных электростанций основывается на природной закономерности – гравитационные силы Солнца и Луны притягивают к себе водные массы, поэтому дважды в сутки уровень воды в океане поднимается и опускается, вызывая нужные колебания.

Биомассы

Энергию скрывают в себе не только воды и ветер, но даже энергоносители природного происхождения, которые получили название биомассы. Эта энергия образуется в процессе фотосинтеза и является абсолютно безопасной при условии газификации биомассы с последующей работой в газовых турбинах. Исследованиями, проведенными учеными из Принстона было доказано, что продукты газификации биомассы могут основательно конкурировать с привычными уже ядерными, гидравлическими и тепловыми энергоустановками. По словам специалистов Соединённых Штатов, синтетическое топливо может стать основополагающим источником энергии в XXI веке, ведь тот же метанол добывается из биомассы сахара тростника и может быть экологически чистым заменителем бензина.

Геотермальная энергия

В центре земли температура составляет около 6000 градусов по Цельсию – это достаточно горячо, чтобы с легкостью расплавить породы земной коры. Даже на несколько километров вглубь земли, температура может быть более 250 градусов по Цельсию, если слой земной коры является тонким. В целом, повышение температуры идет на один градус каждые 30 — 50 метров в зависимости от месторасположения.

В вулканических районах, расплавленные породы земной коры могут находиться очень близко к поверхности.

Слово «геотермальная» происходит от греческого слова geo (земля) и therme (тепловая энергия). Таким образом, геотермальная энергия – это тепло из-под Земли. Мы можем восстановить это тепло в виде пара или горячей воды и использовать ее для обогрева зданий и выработки электроэнергии. Геотермальная энергия используется на протяжении тысяч лет в некоторых странах для приготовления пищи и отопления.

Будущее экологически чистой энергии

Состояние экологии в наше время – достаточно актуальная тема! При воплощении всех задуманных планов относительно экологически чистых источников энергии вполне реально очистить атмосферу от загрязнений и снизить до минимума возможные катаклизмы на АЭС и другие катастрофы, что имеют место быть в наш прогрессивный век.

После аварий, произошедших в Японии, на Украине, в США, многие задумались о невероятной опасности, что несут собой АЭС и многие другие источники энергии, широко применяемые в наши дни. По статистическим данным на энергию, добываемую при помощи угля, приходится 26% от всей мировой энергии, на нефть – 36%, тогда как солнечная энергия занимает лишь 0,1% от мировой энергии.

Многие страны постепенно переходят на альтернативные источники энергии. Так, в Норвегии и Финляндии всё более признанными становятся солнечные электростанции, что позволяет повышать эффективность солнечных элементов и качество материалов. А геотермальная энергетика позволяет эффективно растапливать и обогревать дома, магазины и фабрики. Так, к концу 1988 года в Исландии, что является рекордсменом по использованию геотермальных ресурсов, мощность энергии достигла 39 МВт.

Ветровую энергию широко использует Дания, где насчитывается около 4 тыс. ветровых установок – 5% от всей вырабатываемой страной энергии. Кроме того, 1 Кв такой энергии значительно дешевле той же энергии, добытой АЭС и ТЭЦ.

Прибегнуть к альтернативным источникам энергии подвигла нехватка электричества и города Китая, — здесь уже начали устанавливаться комплексы ветряков, а к 2020 году планируется получать ещё 20 млн КВт по средствам воды, солнца и ветра.

Нельзя не отметить Португалию, которая начала построение самой крупной во всём мире солнечной электростанции, где будет установлено около 35 тысяч солнечных батарей. Данная станция сможет вырабатывать до 62 МВт электроэнергии, что является прекрасным показателем в области экологически чистых источников энергии.

Использование альтернативных источников энергии необходимо странам не только в связи с нехваткой энергии уже существующих станций. Всё дело в невосполнимости природных запасов — нефти, природного газа, что могу поставить под вопрос их вечное использование. В связи с тем, что потребление природных запасов постоянно растёт, по некоторым прогнозам население будет обеспечено нефтью и газом ближайшие 30 – 50 лет и около 300 лет для угля.

Активному использованию экологически чистых источников энергии препятствуют значительные материальные затраты, которые далеко не сразу окупаются. Кроме того, сейчас традиционно получаемая энергия значительно дешевле предполагаемой солнечной, ветряной, энергии биомасс. Однако многие забывают о главном преимуществе альтернативных источников энергии – их возобновлямость, которая в конечном итоге сделает энергию лучшей в своём роде. Кроме того, возобновляемые источники энергии прекрасны для районов без единой мощной энергосети.

Со всеми вышеперечисленными преимуществами невозможно не согласиться, однако тормозит процесс внедрения альтернативных источников энергии в действие первоначальные капиталовложения, которые окупаются не так скоро, как того хотелось бы. И, конечно, нельзя не отметить мощность и сравнительно малые площади традиционных электростанций, что не даёт полной уверенности в отказе от их использования.

Считается, что наибольшие перспективы имеет ветряная энергия. По сравнению с другими альтернативными источниками энергии, начальные капиталовложения здесь относительно не высокие. Кроме того, стоимость энергии, получаемой при помощи ветра практически равно энергии с ТЭЦ, что внушает далёкие перспективы.

Таким образом, экологически чистые источники энергии привлекают в первую очередь своей экологичностью и значительно меньшим уроном для окружающей среды, а также возобновляемостью сырья. Однако дороговизна налаживания станций, значительная привязанность к местности и меньшая традиционных электростанций мощность ставит альтернативные источники энергии под вопрос. На практике можно увидеть лишь малую долю возможного использования энергии ветра, Солнца и других вышеперечисленных источников, в лучшем случае – комбинированное использование как альтернативных, так и традиционных. Но даже в таком случае, что не может не радовать, можно добиться значительного снижения потребности в угле, нефти и газе, приостановить темпы их добычи, что даст возможность отстрочить начало энергетического кризиса!

Источник

Альтернативная энергия

Альтернативные источники энергии — ближайшее будущее или несбыточные проекты?

Нетрадиционная энергетика занимается поиском источников энергии, отличных от привычных, классических. Её основная цель — со временем обеспечить населению Земли ресурсы, использование которых позволит не думать об истощении природных запасов и не наносить вреда окружающей среде.

Вторая половина XIX века ознаменовалась для человечества небывалым техническим прорывом. С этого момента люди начали активно потреблять природные энергетические залежи: нефть, газ, уголь. Подсчитано, что, если не снизить уровень потребления нефти, то всего лишь через 50 лет она станет дефицитом. Необходимо искать новые возможности выработки энергии, чтобы полвека спустя не оказаться в состоянии глобального энергетического кризиса.

Виды альтернативных источников энергии

В большинстве регионов человек не может существовать без тепловой и электрической энергии, обеспечивающей его жизнедеятельность; без неё невозможно развитие индустрии и цивилизации вообще. Есть три главных требования, которым должен отвечать источник альтернативного питания. Он должен быть:

Солнечные батареи (фотоэлектрические модули)

Учёные давно задумывались о том, как использовать энергию Солнца, и в середине XX века это вылилось в изобретение кремниевых солнечных панелей (батарей). Они преобразовывают солнечный свет в электричество, работая бесшумно и экологично, а использовать их можно практически везде.

Главный минус фотоэлектрических модулей — высокая стоимость вырабатываемого электричества: оно почти вдвое дороже энергии, полученной традиционными способами, за счёт размеров, цены кремниевых панелей и с учётом их сравнительно невысокой производительности.

Несмотря на то, что солнечные батареи пока не слишком выгодны, прогнозы оптимистичны: вскоре их стоимость снизится и экологически чистая энергия станет доступна многим.

Солнечные коллекторы

В отличие от солнечных батарей, коллекторы — гелиоустановки — собирают тепловую энергию Солнца. Они нужны главным образом для обеспечения тепла в домах и на производствах, горячего водоснабжения. Коллекторы бывают:

вакуумными трубчатыми;
плоскими высокоселективными;
воздушными и открытыми (самый простой вариант, использующийся в быту в южных регионах).

Ввиду разницы конструкций отличаются и качества высокотехнологичных систем:

у вакуумных значительно ниже теплопотери;
плоские заметно дороже в производстве и установке;
вакуумные значительно проще монтировать.

Ветрогенераторы

Ветряки все видели как минимум на фотографиях — гигантские пропеллеры на высоких столбах. Одна такая 50-метровая вышка способна вырабатывать 50 кВт/ч.

Ветрогенератор состоит из:

основы с поворотной платформой;
пропеллера, соединённого с генератором;
преобразующего ток аккумулятора.

В 1931 году по проекту изобретателя Уфимцева в Курске была возведена первая в мире ветроэлектростанция с инерционным аккумулятором.

Стоимость энергии, выработанной таким образом, примерно равна цене на электричество, получаемое от теплоэлектростанций, с той разницей, что воздушные потоки — бесконечный ресурс, а процесс их обработки не сопряжён с выбросом токсичных веществ в атмосферу.

Недостаток ветряков — наилучшую производительность они демонстрируют только на открытых пространствах (к примеру, в степи), где высотные здания не мешают свободному распространению воздуха. Установленные в городе, ветряные вышки теряют 30–40 % эффективности.

Гидроэнергия

Альтернативная гидроэнергетика представлена в основном тремя типами установок:

малыми;
волновыми;
приливными гидроэлектростанциями.

Малые ГЭС плохо подходят для промышленного использования ввиду их небольшой мощности, но вполне могут обеспечить электричеством несколько домов. Они вырабатывают практически бесплатную энергию, а выработка не зависит от причуд погоды, как в случае с солнечными батареями и ветряными вышками.

Малые гидростанции могут быть:

колёсными;
пропеллерными;
роторными (на основе ротора Дарье, вращающегося благодаря разнице давлений на лопастях);
водопадными (они не распространены в России, потому что у нас мало водопадов).

При желании и минимальном знании физики ГЭС-самоделку можно установить даже у себя на загородном участке. Она не потребует перекрытия русла реки и формирования водохранилища.

Волновая энергетика

Волновая станция — плавучее сооружение, использующее неисчерпаемую энергию волн, потенциально очень энергоёмкое. ВЭС дороги в изготовлении и установке, хрупки (поскольку чаще всего не рассчитаны на шторма), однако получаемая с их помощью электроэнергия практически бесплатна. В России существует пока единственный такой проект — возле мыса Шульц в Приморье.

Энергия приливов и отливов

Приливы и отливы вызываются активностью Луны, поэтому такие альтернативы классическим ГЭС можно называть лунными. Они очень бережно относятся к морским обитателям и дну, в отличие от обычных электростанций, вызывающих массовую гибель планктона. Производительность приливных станций неравномерна, но это не особенно критично, поскольку они — лишь часть большой энергосистемы.

В нашей стране есть только одна ПЭС — построенная в 1968 году Кислогубская в акватории Баренцева моря. Она обеспечивает электричеством посёлок с пятитысячным населением.

Энергия температурного градиента

На разных глубинах Мирового океана температура воды отличается, часто значительно, поскольку солнечные лучи нагревают только верхние слои воды, практически не попадая в её толщу. По сути, Мировой океан — самый крупный в мире природный коллектор, накапливающий энергию. Работа электростанций основана на переносе тепла с одновременным выделением энергии — её выработается тем больше, чем сильнее температурные различия.

Электростанции, эксплуатирующие температурный градиент, разрабатывались с конца XIX века, однако до сих пор функционируют по большей части в экспериментальном режиме, обеспечивая энергией главным образом самих себя. Тем не менее, перспективы у отрасли есть, поскольку научное сообщество обеспокоено грядущим истощением природных запасов и активно ищет альтернативные источники энергии.

Энергия жидкостной диффузии

Осмотическая энергостанция использует принцип диффузии жидкостей (осмоса). Она может быть установлена только в месте, где пресная вода вливается в солёную, то есть в устьях рек. В специальном резервуаре они смешиваются, что вызывает повышение давления в отсеке с морской водой, в результате чего вращается гидротурбина.

Осмотическая станция — непрерывный возобновляемый источник энергии, существующий в мире в единственном экземпляре — в городе Тофте в Норвегии. Сейчас она тестируется, но в ближайшее время планируется её коммерческий запуск — она будет осуществлять энергоснабжение предприятий.

Геотермальная энергия

Геотермальная альтернативная энергетика использует тепловую энергию недр Земли, запасы которой практически бесконечны — людям остаётся лишь изобрести способ добывать её оттуда.

Альтернативная энергия земных недр подразделяется на:

петротермальную — энергию сухих горных пород;
гидротермальную — жидкостную.

Геотермальные источники располагаются на территории многих государств и используются для энергоснабжения в Новой Зеландии, Исландии, Италии, Мексике, Китае, Индонезии, Японии и др.

Такие станции не выбрасывают вредные вещества в атмосферу, не зависимы от сезона и погоды, эффективны и не требуют много места, но, кроме преимуществ, имеют и недостатки:

они требуют бурения скважин глубиной в несколько километров;
в воде присутствуют токсины и радиоактивные элементы, а обратная её закачка сложна и не всегда целесообразна;
наблюдаются большие теплопотери при транспортировке и добыче;
есть данные, что эксплуатация скважин провоцирует сейсмическую активность.

Биотопливо

Биотопливо — современная альтернатива нефтяным продуктам. Это отходы быта и производства, подготовленные к утилизации путём сжигания. Они могут быть твёрдыми (брикетированное и пеллетированное древесное сырьё, отходы сельхозпродукции), жидким (биоэтанол, биодизель и др., в основном используется как горючее для двигателей внутреннего сгорания и энергокомплексов), газообразным (газ, получаемый в результате разложения отходов при помощи бактерий).

Биотопливо считается более экономным и экологичным, чем традиционное, но журнал Science не разделяет общего энтузиазма: авторы критики считают, что введение платы за выбросы углекислого газа от ископаемого горючего при игнорировании вреда от биотоплива приведёт к повальному уничтожению лесных угодий, которые будут вырубаться ради переработки в древесные пеллеты.

Использование

По большей части альтернативные источники электричества по всему миру работают в тестовых режимах, хотя кое-где уже обеспечивают нужды промышленности. Многие страны планируют ввести свои нетрадиционные электро- и теплостанции в массовую эксплуатацию в течение ближайших лет, поскольку обеспокоены истощением ресурсов газа, нефти и угля и тем ущербом, который электроэнергетика наносит окружающему миру.

Обширные возможности предоставляют нестандартные источники тепла и света частному хозяйству. Уже сейчас домовладелец может существенно снизить расходы на коммунальные услуги, если начнёт пользоваться:

ветряком для электропитания ламп, который можно собрать самостоятельно в собственном гараже;
солнечным коллектором для отопления помещений;
возможностью получать газ из отходов сельскохозяйственной продукции и растительного мусора.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии

Несмотря на то, что альтернативные источники питания часто дороги и трудоёмки в производстве и вводе в эксплуатацию, когда будут построены, они на долгие годы станут энергоцентрами, бесперебойно поставляющими людям дешёвые и экологичные свет и тепло. В Российской Федерации сейчас доля нетрадиционных заменителей классических ЭС — менее 5 %, но в планах правительства постепенно повышать этот показатель.

Есть множество регионов, перспективных с точки зрения расположения:

Кавказ, Краснодарский край, Дальний Восток могут стать отличными «донорами» солнечной энергии;
на Чукотке, Камчатке и других побережьях удобно устанавливать ветровые и гидроэлектростанции.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

О плюсах и минусах лучше говорить применительно к каждой альтернативе для получения электричества и тепла по отдельности, но есть и общие тенденции. В большинстве своём новые методы:

наносят меньше урона природе в сравнении с классическими;
более перспективны за счёт возобновляемости;
в будущем, когда их использование будет налажено, будут обходиться дешевле;
более безопасны: при их использовании невозможна авария, подобная произошедшей в 1986 году в 4-м энергоблоке ЧАЭС.

Сейчас альтернативная энергетика проходит стадию ввода в эксплуатацию и тестирования новых установок, поэтому они почти не распространены и очень дороги. Кроме того, существует проблема нестабильности (это относится к установкам, зависящим от сезонности и погоды), но этот вопрос можно будет решить за счёт массового использования разных способов выработки энергии совместно.

Недостатки и проблемы

Главный недостаток энергостанций нового поколения (кроме гидро-) — пока ещё низкие мощности и выработка, недостаточная для обеспечения ресурсами одной станции больших поселений и предприятий. Эту проблему можно будет решить только после того, как производство и монтаж установок будут поставлены на поток.

В обозримом будущем человечеству, скорее всего, не удастся полностью перестать использовать невозобновляемые природные ресурсы, но, если получится хотя бы на 50 % заменить их экологичными и экономичными альтернативными, — это уже можно будет считать успехом.

Отзывы

Для начала можно купить энергосберегающие светильники, таким образом электричества будет тратиться меньше, это актуально при использовании солнечных батарей. Интересно, бывают ли они беспроводными.

Алексей, г. Пермь

Солнечные батареи выглядят внушительно, но они не слишком-то эффективны. Хотя, наверное, прогресс есть, потому что пару десятилетий назад они почти вообще ничего не вырабатывали.

Источник