Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Альтернативные источники энергии

Содержание

Освоение нетрадиционных источников

К нетрадиционным источникам энергии относятся:

  • энергия солнца;
  • энергия ветра;
  • геотермальная;
  • энергия морских приливов и волн;
  • биомассы;
  • низкопотенциальная энергия окружающей среды.

Их освоение представляется возможным благодаря повсеместной распространенности большинства видов, можно отметить также их экологическую чистоту и отсутствие эксплуатационных затрат на топливную составляющую.

Однако существуют и некоторые отрицательные качества, которые препятствуют применению их в производственных масштабах. Это – небольшая плотность потока, которая заставляет применять «перехватывающие» установки большой площади, также изменчивость во времени.

Все это приводит к тому, что подобные устройства обладают большой материалоемкостью, а значит, увеличиваются и капиталовложения. Ну, а процесс получения энергии из-за некоторого элемента случайности, связанного с погодными условиями, доставляет немало неприятностей.

Другой наиважнейшей проблемой остается «сохранение» этого энергетического сырья, так как существующие технологии аккумулирования электроэнергии не позволяют сделать это в больших количествах. Тем не менее, в бытовых условиях альтернативные источники энергии для дома пользуются все большей популярностью, поэтому ознакомимся с основными энергоустановками, которые можно установить в частном владении.

Солнечные батареи

Солнечная панель состоит из комплекса соединенных элементов, которые преобразуют солнечный свет в поток электронов. Характерной особенностью является тот факт, что они не в состоянии генерировать ток высокого напряжения. Отдельный элемент вырабатывает ток напряжением до 0,55 В, а одна батарея вырабатывает ток напряжением до 21 В, который позволяет питать 12-вольтовую аккумуляторную батарею.

Все три элемента лучше приобрести в готовом виде, ну, а солнечную батарею можно изготовить самостоятельно.

Процесс изготовления батареи

Батарея собирается из модулей, состоящих из 30, 36 или 72 фотоэлементов. Они соединяются последовательно с источником питания, его максимальное напряжение составляет 50 В.

Этапы работ:

  1. Из фанеры вырезается дно корпуса и вставляется в рамку, по периметру которой высверливаются отверстия. Они необходимы для обеспечения вентиляции и предотвращения перегрева во время работы.
  2. Подложка для солнечных элементов вырезается по размеру корпуса, здесь также необходимо предусмотреть наличие отверстий.
  3. Корпус окрашивается и высушивается, после этого на него выкладываются вверх ногами солнечные элементы и запаиваются.
  4. Элементы соединяются для начала рядами, затем они подключаются к токоведущим шинам.
  5. Перевернутые элементы фиксируются при помощи силикона.

Величина выходного напряжения должна составлять около 18-20 В, в этом нужно предварительно убедиться. Также в течение нескольких дней проверяется работоспособность батареи, только после этого выполняется герметизация стыков и собирается система электроснабжения.

При установке панели следует обратить внимание на следующее:

  1. Не располагать батарею в тени деревьев или высоких сооружений.
  2. Произвести ориентацию батареи в сторону солнца.
  3. Правильно определить наклон.
  4. Обеспечить доступность для своевременного удаления пыли, грязи и слоя снега.
  5. Предусмотреть подставку, регулирующую угол наклона для зимнего и летнего сезона.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии для частного дома – это возобновляемые ресурсы, к которым можно отнести и энергию ветра. Наши предки умели строить мельницы, использующие воздушные потоки для вращения лопастей, сейчас же человек научился преобразовать их в электричество.

Существует несколько разновидностей ветряных генераторов, которые различаются в зависимости от основных параметров.

Размещение оси

Различают вертикальные и горизонтальные конструкции. Горизонтальные обеспечивают автоматический поворот основной части для поиска ветра, обладают более высоким уровнем КПД. Оборудование вертикальных генераторов расположено на земле, эксплуатация и обслуживание этого вида проще.

Количество лопастей

Существуют следующие виды:

  • однолопастные;
  • двухлопастные;
  • трехлопастные;
  • многолопастные.

Последний тип используется редко, в основном, при малой скорости ветра.

Материал для лопастей

Лопасти бывают жесткими и парусными, однако из-за быстрой потери своей функциональности, в результате резких порывов ветра, требуют частой замены.

Ветряная установка состоит из следующих основных элементов, которые можно изготовить собственноручно:

  1. Лопасти, которые в результате вращения обеспечивают движение ротора.
  2. Генератор, вырабатывающий переменный ток.
  3. Контроллер, преобразующий переменный ток в постоянный, необходимый для зарядки аккумуляторов.
  4. Аккумуляторы для накопления электроэнергии.
  5. Инвертор превращает постоянный ток в переменный, необходимый для функционирования всех бытовых приборов.
  6. Мачта для обеспечения поднятия лопастей до необходимой высоты с наиболее активными воздушными массами.

Тепловые насосы

Этот самая прогрессивная технология, в которой используются альтернативные источники энергии для дома своими руками, обеспечивающая значительную экономию средств на обогрев или охлаждение дома.

Принцип работы оборудования основан на цикле Карно: в результате резкого сжатия теплоносителя происходит повышение температуры. Противоположное действие наблюдается в функционировании холодильных и морозильных камер.

Для изготовления теплового насоса могут применяться некоторые узлы, использующиеся в данном оборудовании. Тепловая энергия, отбирающаяся из грунта, воздуха, воды, попадая в испаритель, превращается в газ, далее сжимается компрессором, а температура повышается.

Классификация насосов следующая:

  1. По количеству контуров:
    • одноконтурные;
    • двухконтурные;
    • трехконтурные.
  2. По виду источника.

Встречаются следующие разработки.

Грунт-вода

Применяются с успехом на территориях с умеренным климатом, где прослеживается равномерный подогрев почвы в любое время года. Скважины бурятся неглубоко, поэтому разрешающие документы оформлять не придется. В зависимости от типа грунта используют зонд или коллектор.

Воздух-вода

Такие установки используются в зонах с климатом, где зимняя температура не опускается ниже 15-20 градусов. Аккумулирующееся тепло из воздуха используется для нагрева воды.

Вода-вода

Применяются в условиях наличия водоема: рек, озер, скважин, отстойников, грунтовых вод. Как известна температура водных источников значительно выше температуры воздуха в зимнее время. Этим и обусловлена эффективность данных установок.

Вода-воздух

Тепло из водоемов посредством компрессора передается воздуху и используется для обогрева жилых площадей.

Грунт-воздух

Наиболее универсальная система, использующая в качестве переносчиков энергии незамерзающие жидкости. Тепло из грунта посредством компрессора передается воздуху.

Воздух-воздух

Наиболее дешевая система, которая не требует проведения земляных работ, а также прокладки трубопровода. Способна как обогревать, так и охлаждать помещение.

При выборе одной из систем следует учесть следующее:

  • геологию участка;
  • возможность проведения земляных работ;
  • наличие свободного пространства.

Эффективность установки зависит от правильности выбора источника альтернативной энергии.

Биогазовые установки

Газ образуется в результате обработки продуктов жизнедеятельности домашних птиц и животных. Переработанные отходы используются для удобрения почвы на приусадебных участках. Процесс основан на реакции брожения, в котором участвуют бактерии, живущие в навозе.

Самым лучшим источником биогаза считается навоз КРС, хотя для этого также подходят отходы птиц или другого домашнего скота.

Брожение происходит без доступа кислорода, поэтому целесообразно использовать закрытые емкости, которые еще называют биореакторами. Реакция активизируется, если периодически перемешивать массу, для этого используется ручной труд или различные электромеханические приспособления.

Также потребуется поддерживать температуру в установке от 30 до 50 градусов для обеспечения активности мезофильных и термофильных бактерий и участия их в реакции.

Изготовление конструкции

Самой простой биогазовой установкой является бочка с мешалкой, закрывающаяся крышкой. Газ из бочки поступает в резервуар через шланг, в крышке для этой цели проделывается отверстие. Такая конструкция обеспечивает газом одну или две газовые горелки.

Для получения масштабных объемов газа используется надземный или подземный бункер, который изготавливается из железобетона. Всю емкость целесообразно разделить на несколько отсеков, для того чтобы реакция происходила со сдвигом во времени.

Процесс брожения при участии мезофильных культур занимает до 30 дней, поэтому такие условия оптимальны для бесперебойного выделения газа. Загружают навоз через загрузочный бункер, с противоположной стороны отбирается отработанное сырье.

Емкость заполняется массой не полностью, примерно на 20 процентов, остальное пространство служит для скапливания газа. К крышке емкости подсоединяются две трубки, одна отводится к потребителю, а другая к гидрозатвору – емкости, заполненной водой. Это обеспечивает очищение и осушение газа, к потребителю подается газ высокого качества.

Мини гидроэлектростанции

Самодельные гидроэлектростанции – это дополнительные альтернативные источники энергии своими руками, их можно построить у ручья или водоема с плотиной. Основа этой конструкции – колесо, которое вращается потоками воды, а от скорости течения зависит мощность установки.

Как самостоятельно изготовить конструкцию?

Для осуществления задуманного понадобятся следующие материалы:

  • автомобильные колеса;
  • генератор;
  • обрезки уголка и металла;
  • фанера;
  • медный провод;
  • магниты неодимовые;
  • полистироловая смола.

Колесо изготавливается из дисков размером 11 дюймов. Стальная труба разрезается на четыре части по вертикали, из получившихся сегментов получаются лопасти, их потребуется 16 штук. Лопасти крепятся сваркой, а диски – болтами.

Размеры сопла соответствуют ширине колеса, его изготавливают из обрезка металла. Придав соответствующую форму, края соединяют сваркой. Сопло должно быть настроено по высоте для регулирования водяного потока.

Далее, ось сваривается и на нее устанавливается колесо. Изготавливается генератор, который защищается металлическим крылом от брызг. Все элементы покрываются краской для защиты от влаги и коррозии.

Такое устройство не требует огромных капиталовложений, но оно способно значительно снизить расходы на электроэнергию.

Геотермальная энергия

В недрах земного шара таятся неизведанные виды альтернативных источников энергии. Человечество знает, какова сила и масштабы природных стихийных проявлений. Мощность извержения одного вулкана несравнима ни с одной из рукотворных энергетических установок.

К сожалению, человек еще не умеет использовать эту гигантскую энергию во благо, но природная теплота Земли или геотермальная энергетика приковывает взгляды ученых, так как она представляет собой неисчерпаемый ресурс.

Известно, что наша планета ежегодно излучает громадное количество внутреннего тепла, которое компенсируется радиоактивным распадом изотопов в коре земного шара. Различают два типа источника геотермальной энергии.

Подземные бассейны

Это естественные бассейны с горячей водой или пароводяной смесью – гидротермальные или паротермальные источники. Ресурсы из этих источников добываются посредством буровых скважин, далее энергия используется для нужд человечества.

Горные породы

Тепло горячих горных пород может быть использовано для нагревания воды. Для этого ее закачивают в горизонты для дальнейшего применения в энергетических целях.

Одним из недостатков этого вида энергии является его слабая концентрация. Однако в условиях, где при погружении на каждые 100 метров, температура увеличивается на 30-40 градусов, можно обеспечить хозяйственное ее применение.

Технология использования этой энергии в перспективных «геотермальных районах» обладает явными преимуществами:

  • неисчерпаемость запасов;
  • экологическая чистота;
  • отсутствие больших издержек на разработку источников.

Дальнейшее развитие цивилизации невозможно без внедрения новых технологий в области энергетики. На этом пути стоят трудноразрешимые задачи, которые еще предстоит решить человечеству.

Тем не менее, освоение этого направления играет важную роль, и сегодня уже существует оборудование, способное существенно сэкономить ресурсы традиционные и альтернативные источники энергии являются отличной альтернативой им. Для воплощения таких идей требуется терпение, умелые руки, а также некоторые навыки и знания.

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.

Тепловые насосы различаются по мощности и своей конструкции, зависящей от первичного источника энергии, определяющей их тип, это системы: «грунт-вода» и «вода-вода», «воздух-вода» и «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух», «фреон-вода» и «фреон-воздух».

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.

Альтернативные источники энергии в России

В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

В разных регионах страны получили развитие разные виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением и возможностью использования того или иного первичного источника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

В промышленных масштабах, данный вид энергетики, также присутствует в нашей стране.

Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт, из них наиболее крупными являются:

  • Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
  • Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
  • На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

На стадии разработки проектной документации и различных этапах строительства, находятся более 50 объектов солнечной генерации, расположенных в различных регионах, от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветровые энергетические установки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, также существуют на территории нашей страны, хотя их доля, в общей мощности энергетической системы, значительно ниже, чем солнечных электростанций.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет немногим больше 100,0 МВт, из них наиболее мощные, это:

  • Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
  • Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

На стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки, общей мощностью более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Этот вид альтернативной энергетики наиболее распространен на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20,0 % от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Суммарная установленная мощность гидроэлектростанций, на начало 2017 года, составляет 48085,94 МВт, а их количество – 191объект генерации, различной мощности и конструкции.

Энергию приливов также используют в нашей стране, для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция, которая в 2007 году была реконструирована и в настоящее время, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт.

В настоящее время ведется разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом (Мезенская) морях.

Геотермальная энергетика

Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность.

Альтернативная энергетика

В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке.

В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание.

Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Использование для частного дома

Использование альтернативных источников для отопления загородного дома или дачи, а также для его электроснабжения, может быть осуществлено достаточно успешно. В этом случае все зависит от региона проживания пользователя и места расположения объекта потребления энергии.

Способность вырабатывать электрический ток солнечными станциями и ветровыми установками зависит от активности солнца и скорости ветра в месте их размещения, а также прочих погодных явлений, характеризующих этот регион.

Устройство микро ГЭС возможно только при наличии вблизи объекта потребления реки или иного водоема, а геотермальной станции – при присутствии близко расположенных к поверхности земли геотермальных вод.

Биотопливо в виде дров и продуктов отходов деревопереработки, возможно в регионах страны богатых лесами, с развитой промышленностью данного направления.

Получение биогаза и жидкого топлива — доступно там, где большие территории отведены под выращивание сельскохозяйственных культур, что позволяет иметь большой запас биомассы, используемой для производства этих видов топлива.

Можно ли сделать своими руками в домашних условиях

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:

  • Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
  • Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
  • Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
  • Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.

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

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.

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.

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 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».

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».

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.

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.

Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?

Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами. Для фотоэлектрического метода используются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) с непосредственным преобразованием энергии световых квантов (фотонов) в электроэнергию.

Термодинамические установки, преобразующие энергию солнца вначале в тепло, а затем в механическую и далее в электрическую энергию, содержат «солнечный котел», турбину и генератор. Однако солнечное излучение, падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей: низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий. Поэтому изменения тепловых режимов могут вносить серьезные ограничения в работу системы. Подобная система должна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения необходимого изменения производства энергии во времени. При проектировании солнечных энергетических станций необходимо правильно оценивать метеорологические факторы.

Геотермальная энергетика – способ получения электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих пароводяных источников) в электрическую энергию.

Этот способ получения электроэнергии основан на факте, что температура пород с глубиной растет, и на уровне 2–3 км от поверхности Земли превышает 100°С. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.

Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.

Стоимость «топлива» такой электростанции определяется затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом невелика, так как она не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы.

К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы могут содержать отравляющие вещества. Кроме того, для постройки геотермальной электростанции необходимы определенные геологические условия.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс в атмосфере).

Ветряная электростанция – установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров; вертикальные роторы и др.

Производство ветряных электростанций очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные ветряные электростанции даже приходится на ночь отключать.

Альтернативная энергия для дома: обзор нестандартных источников энергии

Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ветряных электростанций вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для использования ветряных электростанций необходимы огромные площади, много больше, чем для других типов электрогенераторов.

Волновая энергетика – способ получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и оформлении пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. В механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха – до 85 процентов.

Приливная энергетика, как и прочие виды альтернативной энергетики, является возобновляемым источником энергии.

Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор.

Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.

Градиент-температурная энергетика. Этот способ добычи энергии основан на разности температур. Он не слишком широко распространен. С его помощью можно вырабатывать достаточно большое количество энергии при умеренной себестоимости производства электроэнергии.

Большинство градиент-температурных электростанций расположено на морском побережье и используют для работы морскую воду. Мировой океан поглощает почти 70% солнечной энергии, падающей на Землю. Перепад температур между холодными водами на глубине в несколько сотен метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тысяч ТВт, из которых практически может быть использовано лишь 4 ТВт.

Вместе с тем, морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды, способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.

Биомассовая энергетика. При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр.

Существуют предприятия (свинарники и коровники и др.), которые сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счет того, что имеют несколько больших «чанов», куда сбрасывают большие массы навоза от животных. В этих герметичных баках навоз гниет, а выделившийся газ идет на нужды фермы.

Еще одним преимуществом этого вида энергетики является то, что в результате использования влажного навоза для получения энергии, от навоза остается сухой остаток являющийся прекрасным удобрением для полей.

Также в качестве биотоплива могут быть использованы быстрорастущие водоросли и некоторые виды органических отходов (стебли кукурузы, тростника и пр.).

Эффект запоминания формы – физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными Курдюмовым и Хондросом в 1949 году.

Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии. При восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Таким образом, при восстановлении первоначальной формы сплавы вырабатывают значительно количество тепла (энергии).

Основным недостатком эффекта восстановления формы является низкий КПД – всего 5-6 процентов.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

1. Классификация нетрадиционных видов энергии

Энергетический кризис способствовал повышению интереса к новым видам энергоресурсов, которые получили название нетрадиционных или альтернативных. Доля их в структуре мирового потребления первичных энергоресурсов с каждым годом растет. К нетрадиционным источникам энергии относят энергию Солнца, ветра, приливов, морских волн, геотермальную и термоядерную энергию. Особые надежды связывают с использованием водорода, так как он является наиболее перспективным энергоносителем. Однако его промышленное получение обходится пока очень дорого.

Рис. 1. Гейзер в Йеллоустонском парке (источник горячей подземной воды)

Все больше исследований направлены на практическое применение геотермальной энергии, использованию тепла Земли. Ее можно использовать двумя способами. Во-первых – подача горячих подземных вод для обогрева зданий и сооружений. В наши дни наибольшее значение этот путь имеет для Исландии. Для этой цели в столице государства Рейкьявике начиная с 30-х годов создана система трубопроводов, по которым вода подается потребителям. Благодаря геотермальной энергии, которая идет на отопление теплиц, Исландия полностью обеспечивает себя яблоками, помидорами и даже дынями и бананами. Во-вторых, применять геотермальную энергию можно путем строительства геотермальных станций. Самые крупные из них построены на Филиппинах, в США, Мексике, Японии, Италии, Новой Зеландии, России (в Долине Гейзеров на Камчатке).

Трудно представить себе жизнь человечества без Солнца. Хорошо известно, что современная энергетика мира в значительной степени базируется на запасенной в процессе фотосинтеза солнечной энергии, аккумулированной в минеральном топливе. Однако создание солнечных электростанций позволило человечеству использовать энергию в гораздо большем объеме. Наиболее преуспели в гелиоэнергетике (от греч. helios – солнце) Франция, Италия, США, Япония, Бразилия. Построена солнечная электростанция в Крыму.

Рис. 2. Фотоснимок солнца

С давних пор служила человечеству энергия ветра. Еще 2 тыс. лет назад работали примитивные ветряные двигатели. Повышенный интерес человечества к энергии ветра сегодня объясняется энергетическими затруднениями, возникшими в последние годы. Небольшие ветровые электростанции работают почти во всех странах мира. Конструированием и промышленным выпуском современных ветряных установок занимаются сейчас Франция, Дания, США, Великобритания, Италия. Очень важной проблемой в использовании энергии ветра является малое содержание энергии в единице объема, непостоянство силы и направления ветра, поэтому перспективно использовать ветер в странах, находящихся в районах постоянных направлений ветра.

Рис. 3. Изображение силы ветра

Использование энергии волн мирового океана и морей находится в общем пока еще на стадии эксперимента. Энергией приливов успешно пользуются во Франции, США, Канаде, России и Китае. Здесь построены приливные электростанции. К нетрадиционным источникам энергии можно отнести также получение синтетического горючего на основе угля, сланцев, нефтеносных песков.

2. Солнечные батареи

Каркасный солнечный модуль обычно выполнен в виде панели, которая заключена в каркас из анодированного алюминия. Лучевоспринимающая поверхность защищена закаленным стеклом. В качестве фотопреобразователей используется монокристаллический кремний.

Солнечная батарея (модуль) состоит из нескольких секций солнечных элементов, преобразующих световую энергию в электричество. Каждая секция защищена от воздействия окружающей среды полимерными пленками и снабжена жесткой подложкой, которая обеспечивает устойчивость к механическим воздействиям. Все секции соединены между собой гибкими элементами, образуя полотнище, которое может складываться для удобства транспортировки и хранения.

Рис. 4. Солнечные батареи

Рис. 5. Солнечные батареи на крыше дома

Существуют также и малогабаритные устройства, позволяющие экономить энергию, получаемую из сети. Например портативное зарядное устройство на солнечных элементах. Предназначено для подзарядки мобильных телефонов, GPS, КПК, МР-3, и CD плейеров, радиостанций, спутниковых телефонов и других электронных устройств с номинальным напряжением аккумуляторных батарей 4,5-19 вольт. В качестве фотопреобразователей используется аморфный кремний. Данное устройство освобождает от использования стационарных иил громоздких источников энергии альпинистов, охотников, рыболовов, для туристов, служб спасения и другим пользователям. Изготавливается в виде складной панели и работает как маленькая электростанция, превращая солнечную энергию в электрическую. Солнечные элементы покрыты прочным и долговечным полимерным материалом, просты и безопасны в эксплуатации. Не содержат хрупких компонентов: стекла или кристаллического кремния и могут эксплуатироваться при температуре окружающей среды от -30 до +50 С.

Рис. 6. Внешний аккумулятор Xtreme 12000 мА*ч на солнечных элементах

Использование энергии Солнца не ограничивается производством электрической энергии. Система на базе солнечных вакуумных коллекторов позволяет получать тепловую энергию, а именно производить нагрев воды до заданной температуры, путем поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепло, аккумуляции и передачи потребителю.

Система состоит из двух основных элементов:

– наружного блока – солнечных вакуумных коллекторов;

– внутреннего блока – резервуара-теплообменника.

Рис. 7. Плоский солнечный коллектор MFK 001 фирмы Meibes

Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10-5¸ 10-6, составляет 98 %. Солнечные батареи устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллектора монтируются под любым углом, от 0 до 90 градусов. Срок службы вакуумных коллекторов – не менее 15 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания исохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный отопитель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной радиации. Нагретая таким образом вода, поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Рис. 8. Резервуар теплообменник

Микропроцессорный блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре- теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление), управляет работой базового отопителя.

В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50 %.

3. Ветроэлектрические установки

Ветроэлектрические установки – это установки, предназначенные для выработки электроэнергии за счет ветрового потока. Они могут использоваться в отдаленных и изолированных местах, в различных климатических районах с благоприятными ветровыми условиями, где отсутствует централизованное электроснабжение или его подача нерегулярна. Например, ветроэлектрическая установка может обеспечивать потребителей электроэнергией для питания бытовых приборов, ламп освещения, устройств бытовой и специальной связи, линий теле- и радиокоммуникаций, устройств спутниковой и сотовой связи компьютера, передвижных и стационарных пунктов навигационных и метеорологических постов, радиостанций, маяков и радиомаяков, медицинской и научной аппаратуры, водяных насосов, для обеспечения зарядки аккумуляторов и т. д. В условиях отсутствия ветра электропитание потребителей и их работоспособность обеспечивается аккумуляторной батареей. Подключение инвертора к блоку управления позволяет преобразовать постоянное напряжение 24 В в переменное 220 В.

Рис. 9. Ветроэлектрические установки А класса

Ветроэлектростанция – автономная, надежная, автоматическая установка, не требует дежурного персонала в процессе эксплуатации и предназначена для автономного энергообеспечения индивидуальных потребителей (дачников, садоводов, вахтовиков, охотников, фермеров, рыболовов, геологических экспедиций), а также навигационных, метеорологических, радиорелейных и других постов в обеспечении бесперебойным питанием в полевых условиях.

Рис. 10. Схема ветроэлектрических установок

4. Микро ГЭС

Мини и микро гидроэлектростанции получили большую популярность среди населения. И в тех местностях, где присутствуют небольшие водоемы, установка мини, или микро ГЭС станет превосходным решением для автономного или резервного электроснабжения.

На сегодняшний день использование мини и микро ГЭС позволяет сэкономить расходы на электроэнергию, или же, стать полностью энергонезависимым. Мини и микро ГЭС имеют множество преимуществ, самое главное из которых – экологичность. Так, в отличие от больших плотинных ГЭС, эти станции никак не влияют на окружающую среду – качество воды, направление и скорость потока, развитие биосистемы в воде и на окружающих землях. Кроме того, мини или микро ГЭС – это надежный, компактный и быстро окупаемый источник электроэнергии, который доступен каждому. Для его работы нужен только ток воды – это может быть ручей, река, перепад уровней в озере, ирригационная система, сточные воды и так далее.

Рис. 11. Микро-ГЭС для автономного домашнего использования

Мини и микро ГЭС имеют преимущество и перед другими альтернативными источниками энергии – ветряными и солнечными электростанциями. Дело в том, что для работы ГЭС не важны погодные условия (конечно те которые не влияют на ток воды). Для многих районов важным является и то, что мини и микро ГЭС могут значительно уменьшать вред ежегодных паводков, за счет регуляции уровня воды в водоеме. Мини и микро ГЭС – это превосходное решение для удаленных от линий электропередач поселков, хозяйств, мельниц. Часто такие станции устанавливают в горных или труднодоступных районах.

Мини и микро ГЭС выпускаются различных конфигураций, габаритов и мощностьи. Так, мини ГЭС – это электростанция с мощностью до 5000 кВт, а микро ГЭС – от 3 до 100 кВт, и мини, и микро ГЭС могут быть радиально-осевыми, поворотно- лопастными, пропеллерными, или ковшовыми. Выбор турбины зависит от напора потока. Например, при напоре потока 2-40 м используют пропеллерные или поворотно-лопастные ГЭС, при напоре 10-350 м – радиально-осевые, при напоре 50-1300 м – ковшовые турбины.

Мини и микро ГЭС могут работать в автономном режиме (используется синхронный генератор), или параллельно с сетью (асинхронный генератор). Кроме того, при автономной работе ГЭС в комплект должен входить блок балластной нагрузки – для рассеивания неиспользуемой мощности.

Установка мини и микро ГЭС, как и установка других альтернативных электростанций осуществляется на основании всестороннего исследования местности, выяснения условий эксплуатации и нужд в электроснабжении. После сбора и анализа всех данных подбирается оптимальный вариант ГЭС. Далее составляется технический проект и другая документация. После того как будет готов полный пакет документов приступают к монтажу ГЭС и созданию местной электросети. Последний этап – пусконаладочные работы и сдача объекта в эксплуатацию.

5. Биоэнергетические установки

Биоэнергетические установки – это установки переработки методом метанового сбраживания (без доступа кислорода) отходов сельскохозяйственного производства (бытовые отходы, навоз, помет птицы, фекалии, отходы пищевой промышленности и т. п.).

В результате переработки образуются два полезных продукта:

  • горючий газ (биогаз), представляющий собой смесь метана (до 70%) и углекислого газа (до 30%);
  • органическое удобрение.

Использование продуктов переработки:

  • биогаз используется для получения тепловой и/или электрической энергии;
  • установка полностью энергонезависима, потребление энергии от внешних источников отсутствует;
  • жидкое органическое удобрение экологически чистое, концентрированное (используется при разбавлении 1:20);
  • жидкое органическое удобрение не содержит патогенов, всхожих семян сорняков;
  • жидкое органическое удобрение используется на любых почвах под любые культуры;
  • на собственные нужды потребляется не более 20% вырабатываемого газа.

Рис. 12. Схема биоэнергетического комплекса

Достоинства установки:

  • полная утилизация отходов;
  • полная автоматизация процесса;
  • производства из отходов дешевого топлива;
  • производство из отходов органических удобрений;
  • улучшение экологической обстановки.

6. Газопоршневые электростанции на генераторном газе

Одним из наиболее эффективных, универсальных и простых способов преобразования местных топливно- энергетических ресурсов: древесина, торф, угли различных марок, кокс, горючие сланцы, различного рода сельскохозяйственные отходы (отходы растениеводства, животноводства и переработки) в удобный вид топлива является газификация.

Рис. 13. Газопоршневая электростанция MWM TCG 2020 OLS

С каждым годом интерес к газификации различных топлив только возрастает, это обусловлено целым рядом причин:

  • уменьшение по многим оценкам в перспективе роста добычи традиционного ископаемого жидкого и газообразного топлива;
  • резкий и непрекращающийся рост цен на традиционное топливо;
  • введение экологических квот на вредные выбросы;
  • ориентация на увеличение использования твердого топлива для производства тепловой и электрической энергии.

Газогенераторный энергокомплекс для производства электроэнергии состоит из газификатора твердого топлива, системы подготовки и очистки генераторного газа и газопоршневой электростанции, адаптированной для работы на генераторном газе.

Газификатор предназначен для получения генераторного горючего газа, который можно использовать для сжигания в котлах, а также выработке электроэнергии в газопоршневых электростанциях. В случае производства только тепловой энергии состав энергокомплекса существенно уменьшается и в него входит газификатор твердого топлива и теплогенератор (воздухонагреватель, водогрейный котел или парогенератор).

7. Подводный электропреобразователь гравитационной энергии

Российскими учеными в результате модернизации известного водоподъемного устройства под названием «гидротаран» (рисунок 14), было изобретено другое водоподъемное устройство, представляющий собой, новый преобразователь потенциальной энергии воды, который, является, по сути, новым источником неисчерпаемой экологически чистой и мощной энергии.

При полном погружении в воду на достаточную глубину, он трансформирует глубинное статическое давление воды в пульсирующую по времени струю воды с более высоким, чем на данной глубине напором. В водозаборное отверстие преобразователя вода под глубинным давлением сама втекает, а с другой стороны из выходного отверстия с еще большим напором вытекает. Данный преобразователь можно использовать, как глубинный насос, как пульсирующий водяной реактивный движитель и как источник электрического тока, если к выходному отверстию присоединить гидротурбину с электрогенератором.

При этом его особенностью является то, что для работы не требуется ни грамма привычного топлива или какой-нибудь подведенной дополнительной энергии.

Рис. 14. Гидротаран

Описанный выше преобразователь одинаково подходит для эксплуатации в пресной и морской воде, в неподвижной и в движущейся воде, в озерах и бассейнах, в искусственных резервуарах. При разовом запуске он работает с постоянными параметрами вне зависимости от времени суток и климатических условий без остановки в течение многих лет.

При использовании данного преобразователя в сочетании с гидротурбиной и обычным электрогенератором, то есть при использовании в генерирующей электроэнергетике, на глубине погружения в воду на 15 метров с одного квадратного метра площади водозаборного отверстия можно получить выходную электрическую мощность ~0,75 МВт, а на глубине 300 метров – выходную электрическую мощность ~30 МВт. Исследования показывают, что возможная электрическая мощности увеличивается пропорционально глубине погружения преобразователя в воду. Это позволяет при достаточно большой площади водозаборного отверстия, либо при одновременном использовании нескольких установок объединенных в один блок, получать практически любую требуемую выходную мощность электрического тока. При этом для электростанции любой мощности потребуется всего лишь подземный или наземный резервуар, один раз, полностью наполненный водой, имеющий площадь не более 8м²/МВт и высоту воды не менее 15 метров. Таким образом, может быть создана принципиально новая резервуарная электростанция, способная заменить любую тепловую и атомную электростанцию. Электрогенератор Huter DY6500L.

Возможно также настроить преобразователь таким образом, что при прохождении через него воды он сможет нагревать ее без потерь энергии и производить электроэнергию.

9. Энергия Мирового океана

Энергия Мирового океана представлена энергией прибоя, волн, приливов, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т. д.

Приливные волны несут в себе огромный энергетический потенциал – 3 млрд. кВт. Растет интерес специалистов к приливным колебаниям уровня океана у побережий материков. Энергию приливов на протяжении веков человек использовал для приведения в действие мельниц и лесопилок. Но с появлением парового двигателя она была предана забвению до середины 60-х годов, когда были пущены первые ПЭС во Франции и СССР. Приливная энергия постоянна. Благодаря этому, количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, на которых количество получаемой энергии зависит от режима реки, связанного не только с климатическими особенностями территории, по которой она протекает, но и с погодными условиями.

Рис. 17. Макет устройств по переработке приливной энергии на электрическую

Считается, что наибольшими запасами приливной энергии обладает Атлантический океан. Велики также запасы приливной энергии в Тихом и Северном Ледовитом океанах. При сооружении ПЭС необходимо всесторонне оценивать их экологическое воздействие на окружающую среду, так как оно довольно велико. В районах сооружения крупных ПЭС существенно изменяется высота приливов, нарушается водный баланс в акватории станции, что может серьезно отразиться на рыбном хозяйстве, разведении устриц, мидий и пр.

К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию волн и температурного градиента. Энергия ветровых волн суммарно оценивается в 2,7 млрд. кВт в год.

10. Плюсы и минусы нетрадиционных возобновляемых источников энергии

Как мы поняли к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы, низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных, более крупных ГЭС, только масштабом.

Приведенные выше источники энергии имеют свои положительные и отрицательные свойства.

К положительным можно отнести:

  • распространенность большинства их видов;
  • экологическая чистота;
  • эксплуатационные затраты по использованию
  • нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников условно бесплатная.

К отрицательным свойствам можно отнести:

малую плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ.

Первое свойство НВИЭ заставляет создавать большие по площади энергоустановки, поглощающие и использующие поток энергии (площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций приемные поверхности солнечных установок, и т. п.). Это приводит к большой потребности в материалах подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они сильно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

Еще больше неудобств доставляет непостоянство и изменчивость во времени производимой такими установками энергии. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством этого «энергетического сырья».

Рис. 18. ГеоТЭС Несьявеллир, Исландия

Для малых автономных ветровых и солнечных энергоустановок возможно и целесообразно применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки).

Достаточно мощная энергосистема, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ветроэлектростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), может компенсировать изменения мощности этих станций. Однако при этом, во избежание изменений параметров энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, по предварительной оценке, 10-15 % (по мощности).

Если говорить о «бесплатности» большинства видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий в том, что бесплатную энергию способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

Альтернати́вная энерге́тика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Направления альтернативной энергетики

Альтернативный источник энергии

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию». Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Классификация источников

Способ использования Энергия, используемая человеком Первоначальный природный источник
Солнечные электростанции Электромагнитное излучение Солнца Солнечный ядерный синтез
Ветряные электростанции Кинетическая энергия ветра Солнечный ядерный синтез,

Движения Земли и Луны

Традиционные ГЭС

Малые ГЭС

Движение воды в реках Солнечный ядерный синтез
Приливные электростанции Движение воды в океанах и морях Движения Земли и Луны
Волновые электростанции Энергия волн морей и океанов Солнечный ядерный синтез,

Движения Земли и Луны

Геотермальные станции Тепловая энергия горячих источников планеты Внутренняя энергия Земли
Сжигание ископаемого топлива Химическая энергия ископаемого топлива Солнечный ядерный синтез в прошлом.
Сжигание возобновляемого топлива традиционное нетрадиционное Химическая энергия возобновляемого топлива Солнечный ядерный синтез
Атомные электростанции Тепло, выделяемое при ядерном распаде Ядерный распад

Примечания

  1. Зелёным шрифтом обозначены нетрадиционные способы использования энергии.
  2. Зелёным цветом залитывозобновляемые источники энергии.

Ветроэнергетика

В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их используют в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25 % энергии из ветра

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 80 странах.

  • Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
  • Энергетическая башня, совмещает солнечную и ветроэнергетику. Есть два варианта. Первый — охлаждение нагретого солнцем воздуха на высоте нескольких сотен метров и преобразование кинетической энергии нисходящих потоков воздуха в электроэнергию. Второй — нагревание солнцем почвы и воздуха в очень большом парнике и преобразование кинетической энергии восходящего потока воздуха в электроэнергию.
  • Фотоэлектрические элементы
  • Наноантенны

Альтернативная гидроэнергетика

Используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии. На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

  • Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
  • Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

Мускульная сила человека

Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время её значение растёт вместе с ростом использования транспортных средств на мускульной тяге — велосипед, самокат, веломобиль и т. п.

Грозовая энергетика

Грозовая энергетика — это способ использования энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Компания Alternative Energy Holdings в 2006 году объявила о создании прототипа модели, которая может использовать энергию молнии. Предполагалось, что эта энергия окажется значительно дешевле энергии, полученной с помощью современных источников, окупаться такая установка будет за 4—7 лет.

Криоэнергетика

Криоэнергетика — это способ аккумулирования избыточной энергии посредством сжижения воздуха.

В промышленной зоне Слау построена первая в мире 300-киловаттная криогенная аккумулирующая электростанция.

В феврале 2011 года от Highview Power Storage отсоединился стартап Dearman Engine, занимающийся разработкой криогенных двигателей .

В ВМФ Швеции субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Двигатели работающие на жидком кислороде, который используется в дальнейшем для дыхания, имеют очень низкий уровень шума.

Гравитационная энергетика

Гравитационная энергетика — аккумулирование избыточной энергии посредством запасания её в виде потенциальной энергии гравитационного поля.

Компания Energy Vault разработала проект гравитационной аккумулирующей электростанции, представляющей собой подъёмный кран с шестью стрелами, электродвигатели которого работают как электрогенераторы при спуске блоков, и поставленные друг на друга блоки. Когда в электросеть поступает избыточная энергия, она тратится на поднятие блоков. А в часы-пик, при спуске блоков кранами, энергия возвращается в сеть.

Управляемый термоядерный синтез

Синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер. До сих пор не применяется.

Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии

Распределённое производство энергии

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.

Водородная энергетика

На сегодняшний день для производства водорода требуется больше энергии, чем возможно получить при его использовании, поэтому считать его источником энергии нельзя. Он является лишь средством хранения и доставки энергии.

Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на околоземной орбите или на Луне. Электроэнергия будет передаваться на Землю в форме микроволнового излучения. Может способствовать глобальному потеплению. До сих пор не применяется.

Перспективы

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.

Перспективы в России

См. также: Энергетика России

Россия может получать 10 % энергии из ветра.

По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей. Также, один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ — отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию, производимую на основе ВИЭ (feed-in tariff).

В 2017 году администрация городского округа Химки запустила проект по созданию Центра альтернативной энергетики, который будет разрабатывать новые схемы обеспечения электроэнергией промышленных предприятий и городского хозяйства. Центр будет организован на базе расположенного на Ленинградском шоссе дилерского центра садово-парковой техники «Юнисоо».

В 2019 году в Мурманской области ветропарк создаётся на побережье Баренцева моря, неподалёку от села Териберка. Ввод в эксплуатацию запланирован на декабрь 2021 года. По данным региональных властей, его мощность составит 201 МВт, ветроэнергетические установки смогут в течение года производить 750 ГВт/час, что позволит сократить выбросы углекислого газа в атмосферу.

Распространение

В 2010 году альтернативная энергия (не считая гидроэнергии) составляла 4,9 % всей потребляемой человечеством энергии. В том числе для отопления и нагрева воды (биомасса, солнечный и геотермальный нагрев воды и отопление) 3,3 %; биогорючее 0,7 %; производство электроэнергии (ветровые, солнечные, геотермальные электростанции и биомасса в ТЕС) 0,9 %.

В Австралии в 2015 году 9,1 % электроэнергии вырабатывался из нетрадиционных возобновляемых источников (ВИЭ без крупной гидроэнергетики).

По состоянию на 2017 год альтернативные источники энергии выработали 9,6 % электроэнергии в США, включая 6,3 % из ветровых и 1,3 % из солнечных электростанций. С учётом больших ГЭС, вклад возобновляемых источников энергии составил 17,1 % от выработанного в США электричества.

В 2018 году, согласно данным BP, доля альтернативных возобновляемых источников энергии (без крупных ГЭС) составила 8,4 % в мировой генерации электричества.

За первую половину 2019 года в Германии возобновляемые источники (ВИЭ) впервые выработали больше энергии, чем угольные и атомные электростанции. Доля электроэнергии, произведённой из энергии солнца, ветра, биомассы и воды, составила 47,3 %.

>Примечания >Литература Российский волновой генератор

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *