Экологический способ добычи электричества

Экологический способ добычи электричества

• 

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

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

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

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

Что такое альтернативная энергия?

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

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

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

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

Ресурсы возобновляемой энергии

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

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

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

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

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

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

2. Ветроэнергетика

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

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

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

3. Гидроэнергия

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

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

4. Волновая энергетика

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

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

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

5. Энергия приливов и отливов

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

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

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

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

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

7. Энергия жидкостной диффузии

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

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

8. Геотермальная энергия

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

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

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

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

9. Биотопливо

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

• Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

• Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

• Третье поколение – биотопливо из водорослей.

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

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

Плюсы и минусы альтернативной энергии

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

Преимущества:

• Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.

• Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.

• Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

• Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.

• Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.

• Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.

• Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

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

Германия

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

Исландия

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

Швеция

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

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

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

Китай

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

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

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

Альтернативная энергия в России

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

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

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

Ветровая энергетика

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

Гидроэнергетика

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

Геотермальная энергетика

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

Биотопливо

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

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

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

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

First Solar Inc.

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

Vestas Wind Systems A/S

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

Atlantica Yield PLC

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

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

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

Источник