Возобновляемые источники энергии
Электростанции, которые обеспечивают нас электричеством для освещения домов и использования разного рода устройств, сильно вредят окружающей среде. Особенно это актуально для тепловых электростанций, внутри которых сжигаются уголь и другие виды топлива.
Они выделяют в окружающую среду углекислый газ, из-за которого на Земле возникает парниковый эффект, провоцирующий глобальное потепление. Чтобы сохранить природу, правительства многих стран пытаются перейти на возобновляемые источники энергии. Речь идет о солнечных панелях, ветряных генераторах и других сооружениях, которые могут вырабатывать электричество без вреда для окружающей среды.
Но сможем ли мы полностью отказаться от электростанций? Недавно ученые подтвердили, что это возможно. Но важно учесть несколько нюансов.
Ученые считают, что человечество может отказаться от обычных электростанций и перейти к другим источникам энергии
Переход на возобновляемые источники энергии
По данным научного издания Science Alert, люди смогут перейти на возобновляемые источники энергии, если будут комбинировать использование солнечных панелей и ветряных генераторов.
Также не стоит забывать о необходимости больших аккумуляторов для хранения выработанной энергии — по ночам солнечные панели не работают, а ветер есть далеко не каждый день.
По ночам и в безветренные дни люди смогут получать электроэнергию с огромных накопителей. По сути, они будут представлять собой резервные источники питания.
Аккумуляторы для хранения энергии от Tesla
Эффективность возобновляемых источников энергии
В ходе научной работы исследователи изучили, какое количество энергии потребляла каждая из 42 самых известных стран в период с 1980 по 2018 год. Оказалось, что энергии солнца и ветра вполне должно хватить для удовлетворения более 80% спроса жителей этих стран.
По расчетам ученых, самым большим количеством энергии людей смогут обеспечивать солнечные панели. Исследователь Стивен Дэвис (Steven Davis) отметил, что некоторым странам даже не понадобятся большие аккумуляторы для хранения запасов энергии.
Это очень важный момент, потому что постройка таких хранилищ требует больших денег.
Солнечные батареи в Германии
Проще всего на возобновляемую энергию смогут перейти страны, расположенные на низких широтах. Дело в том, что солнечных дней там больше. Это значит, что жители смогут полагаться на солнечную энергию большую часть своего времени.
Исторические данные показывают, что страны, расположенные дальше от экватора, могут иногда испытывать периоды, называемые «темной депрессией». В такие времена местные жители будут вынуждены терпеть очень ограниченную доступность солнечной и ветровой энергии, — отметил исследователь Дэн Тонг (Dan Tong).
Сложность использования солнечной и ветряной энергии
Но при этом некоторые страны будут в них сильно нуждаться. Ведь на нашей планете есть места, где в течение года возникают многодневные периоды отсутствия света и ветра.
В качестве можно привести Германию, которая расположена в более высоких широтах — страна будет вынуждена больше пользоваться резервными хранилищами.
Недавно на родине сосисок и пива уже было что-то вроде «темной депрессии». Это длилось около двух недель.
В некоторых местах нашей планеты иногда ощущается дефицит солнечного света
Не исключено, что такие государства смогут покупать электроэнергию у соседей с меньшим количеством проблем. Хорошими «донорами» могут стать Испания с обилием солнечных дней и ветренная Дания.
В конечном итоге получается, что в будущем человечество все-таки сможет перейти на возобновляемые источники энергии. Но процесс отказа от привычных электростанций будет происходить по-разному, в зависимости от местоположения страны и наличия ресурсов.
Исследователи подчеркивают, что переход будет даваться людям тяжело и многое также зависит от общественных и политических факторов. Ведь перед постройкой солнечных и ветряных электростанций необходимо, чтобы к этому были готовы народ и органы власти.
А может, будущее за ядерной энергией?
Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!
Звучит интригующе, но некоторые группы ученые считают, что нашу планету одними солнечными и ветряными электростанциями не спасти. Свое мнение они объясняют тем, что концентрация углекислого газа на планете будет снижаться слишком медленно.
Этой скорости вряд ли хватит на предотвращение климатической катастрофы. В качестве альтернативного источника энергии ученые и основатель Microsoft Билл Гейтс (Bill Gates) предлагают использовать ядерные электростанции.
Подробнее об этом можно почитать на нашем сайте.
Возобновляемые источники энергии не так безвредны для природы, как про них думают — Российская газета
Все разговоры о возобновляемой и невозобновляемой энергетике — это скорее экологические манипуляции, поделилась мнением руководитель Дальневосточной лаборатории системного контроля за глобальными изменениями климата ДВФУ Ольга Нестерова.
«Если мы говорим о производстве и утилизации, например, солнечных панелей, то это далеко не экологичное производство. Если смотреть на всю цепочку от производства до утилизации, то назвать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели и ветрогенераторы, чисто экологическими мы не можем.
Активная установка солнечных панелей в некоторых американских штатах привела к массовым протестам фермеров из-за того, что панели занимали значительные территории пахотных земель, приводя к зарастанию почвы сорной травой под панелями.
Производить солнечные панели с высоким КПД еще не научились», — рассказала глава лаборатории, отметив, что это только один из примеров.
https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4\u0026pp=ygU-0JLQvtC30L7QsdC90L7QstC70Y_QtdC80YvQtSDQuNGB0YLQvtGH0L3QuNC60Lgg0Y3QvdC10YDQs9C40Lg%3D
Производить солнечные панели с высоким КПД еще не научились, как пока нет и способов утилизации отработанных материалов, их просто захоранивают
ГЭС и приливные электростанции становятся причиной затопления территорий, пригодных для расселения и сельского хозяйства. Геотермальная энергетика может быть причиной химического загрязнения воды и почвы.
Биоэнергетика связана с использованием сельскохозяйственных земель (и соответственно удобрений) для выращивания энергетических культур. Ветроэнергетика вызывает больше всего отторжения у местных жителей.
Во французском городе Кан прошлым летом рыбаки протестовали против установки ветряных электростанций в море в зонах для рыбной ловли, так как это разрушит морское дно и поставит под вопрос возможность рыбной ловли.
Жители Вентспилса и Вентспилсского края в Латвии в прошлом году протестовали из-за того, что не хотели жить рядом с ветрогенераторами, так как они портят вид, шумят и становятся причиной смерти птиц.
В том числе из-за этого англичане в 2014 году добились жестких ограничений на строительство прибрежных ветряных станций.
Хоть власти Британии сейчас и обсуждают смягчение правил, старший аналитик аналитического центра Energy and Climate Intelligence Unit Джесс Ралстон отмечает, что запрет на наземную ветроэнергетику поддерживают около восьми из десяти жителей Англии, ее цитату приводит The Guardian.
Станции на ВИЭ экологичны на стадии их эксплуатации, но на стадии их создания, а также после — при утилизации — их углеродный след намного больше, чем у традиционных видов топлива, рассказал научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ имени М.В. Ломоносова Кирилл Дегтярев.
Инфографика «РГ»/ Александр Чистов/ Сергей Тихонов
Дополнительные сложности и проблемы, по мнению эксперта, связаны с тем, что стадии жизненного цикла могут быть распределены по разным странам. Например, связанные с токсичными материалами производства солнечных батарей находятся в основном в Китае, а потребляют «зеленую» энергию часто в западных странах.
То есть возможны ситуации, когда основные выгоды получают одни страны, а издержки ложатся на других, отметил эксперт.
«Развитие энергетики на ВИЭ требует дополнительного использования невозобновляемых ресурсов: сырья для удобрений в случае с биоэнергетикой, металла для оборудования и строительных конструкций, ископаемого природного газа для производства водородного топлива, энергии из ископаемых источников для работы данных производств», — говорит Дегтярев.
Соответственно, наращивание производства будет требовать и роста потребления невозобновляемых ресурсов. «В принципе, сейчас доля ВИЭ в производстве электроэнергии в ЕС оставляет примерно 35% При этом доля ЕС в мировом производстве электроэнергии — где-то 12%.
Так что увеличение доли ВИЭ в Европейском союзе до 45% почти за десять лет вряд ли как-то заметно скажется на экологии в мировом масштабе. Также важно, за счет чего будет увеличена доля ВИЭ.
Европейский союз планирует, в принципе, сокращение энергопотребления — что в любом случае должно снижать экологическую нагрузку», — говорит Дегтярев.
Есть еще и вопрос с утилизацией — для некоторых материалов ее способ просто еще не придумали, их захоранивают. Но это станет серьезной проблемой для будущих нас лет через 20-30, ведь примерно 90% всех солнечных и ветровых станций построено в последние лет 10-15, отмечают специалисты.
Нестерова также добавила, что путь развития возобновляемой энергетики сейчас еще не ясен, все будет зависеть от того, что при разработке новых технологий будет все же важнее: экологичность или энергоэффективность.
Мнения
Стоит ли развивать в России возобновляемую энергетику? Нужно ли это, учитывая огромные запасы нефти и газа в стране? Наконец, что вероятное развитие возобновляемой энергетики может дать России экономически?
PRO
Кирилл Дегтярев, научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ имени М.В. Ломоносова
Думаю, что в России стоит развивать возобновляемую энергетику. Все зависит от конкретной территории, ее природных, физических и социально-экономических характеристик.
У нас огромное разнообразие условий, которые нужно учитывать при развитии каждого из направлений ВИЭ, поэтому к этому надо очень дифференцированно подходить. Где-то есть смысл развивать солнечную энергетику, где-то гидроэнергетику и т.д.
Самое интересное — территории, где богатые ресурсы сразу по нескольким типам ВИЭ (например, предгорные и горные территории), т.е. возможно комбинированное использование.
https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4\u0026t=79s
Надо просто смотреть с точки зрения здравого смысла и выбирать прежде всего ниши, в которых будет реальный — и социально-экономический, и экологический — эффект. Если навскидку, я бы выделил Кавказ и Предкавказье (Краснодарский край, Ставропольский, Калмыкия и др.
республики). Практически всех ВИЭ очень много. Может быть перспективным использование самой дешевой солнечной, гидро- и др. энергии, плюс геотермальной. К тому же это курортные зоны, требования к экологии повышенные.
Есть смысл подумать о частичном замещении топлива ВИЭ в Арктике.
CONTRA
- Константин Симонов, глава Фонда национальной энергетической безопасности (ФНЭБ)
- Я не против развития возобновляемой энергетики в России, я против того, чтобы она развивалась в нашей стране за счет активного и даже агрессивного государственного субсидирования.
- Нас уверяют, что «зеленая энергетика» достигла колоссальных экономических успехов, но компании, ею занимающиеся, приходят в «государственную кассу» и просят денег на ее развитие.
А у меня вопрос: зачем нам сейчас тратить деньги на продвижение «зеленой повестки»? У нас уже есть работающая энергосистема. Европа нам навязывала другой путь развития — путь импортеров углеводородов, а почти вся Европа — импортеры энергетического сырья.
Но мы-то одни из крупнейших экспортеров нефти, газа и угля. Задача ЕС — найти путь не покупать углеводороды за границей. Но наша задача — их как можно больше продавать.
Зачем нам это делать? Это как-то снизит стоимость электроэнергии в нашей стране? Нет! Если бы уже сейчас «зеленая энергетика» была дешевле угольной, атомной, газовой, она бы уже активно развивалась без всякой господдержки.
Подготовили Светлана Задера, Сергей Тихонов
Возобновляемые источники энергии
Возобновляемая энергии – это энергия, которую получают из энергетических ресурсов, являющихся возобновляемыми или неисчерпаемыми по человеческим меркам.
Главный принцип использования возобновляемой энергии состоит в том, что процесс ее извлечения осуществляется из постоянной происходящих природных явлений или возобновляемых органических ресурсов.
Пятнадцать лет назад около 16 % мирового потребления электрической энергии было обеспечено благодаря возобновляемым источникам энергии, из которых 13 % были представлены традиционной биологической массой (сжигание древесины).
Одиннадцать лет назад почти 17 % мирового потребления энергии обеспечивалось из возобновляемых источников, а уже через пять лет данный показатель увеличился до 19 %, при этом доля биологической массы постоянной снижается.
В период с 2004 по 2013 года доля электрической энергии, которая производилась в Европейском Союзе из возобновляемых источников, выросла с 14 % до 25%.
А три года назад доля энергии из возобновляемых источников в Германии составила почти 40 %.
Согласно разнообразным исследованиям в 2040 году доля возобновляемых источников энергии может составить от 25 % до 50 % от общего мирового производства электрической энергии и от 19 до 25% всего энергопотребления.
Использование возобновляемых источников энергии сопровождается рядом преимуществ, к которым относятся: неисчерпаемость, экологическая чистота, безотходность, а также отсутствие парникового эффекта и дополнительной энергетической нагрузки. К возобновляемым источникам энергии относятся:
- Продукты биологического происхождения.
- Солнце.
- Ветер.
- Волны океанов и морей.
- Гидроэнергетические ресурсы рек.
- Подземные горячие ключи.
Все возобновляемые источники энергии можно разделить на традиционные и нетрадиционные. К традиционным относятся геотермальные ключи, традиционные способы сжигания биологической массы, гидроэлектростанции, а к нетрадиционным ветрогенераторы, солнечные станции и электрические станции, работающие на основе энергии морских волн, приливов и т.п.
«Возобновляемые источники энергии» ???? Готовые курсовые работы и рефераты Купить от 250 ₽ Решение учебных вопросов в 2 клика Найти эксперта Помощь в написании учебной работы Узнать стоимость
Меры поддержки возобновляемых источников энергии
В настоящее время существует большое количество мер поддержки возобновляемых источников энергии, среди которых самыми распространенными являются:
- Зеленые сертификаты.
- Система чистого измерения.
- Тарифы на подключение.
- Возмещение стоимости подключения.
Зеленые сертификаты являются подтверждением того, что определенный объем энергии был получен благодаря возобновляемым источникам энергии. Такой сертификат может быть продан вместе с произведенной электрической энергии, либо отдельно, что обеспечивает дополнительную поддержку производителям.
Для отслеживания выпуска зеленых сертификатов применяются специальные программные и технические средства.
В ряде стран предусмотрен механизм полной или частичной компенсации при подключении генераторов, которые работают на основе возобновляемых источников энергии, делается это с целью увеличения инвестиционной привлекательности.
Одной из самой эффективных мер поддержки возобновляемых источников является фиксированный тариф на возобновляемую энергию.
В ее основе лежит три основных фактора: гарантия покупки электрической энергии при фиксированной цене, гарантия подключения к сети, а также долгосрочный контракт на покупку всей возобновляемой энергии.
Система чистого измерения предусматривает получение владельцем возобновляемого источника энергии розничного кредита на величину, которая равна выработанной электрической энергии.
Солнечная энергетика и гидроэнергетика
Солнечные электрические станции вырабатывают энергию при помощи фотоэлектрических преобразователей или солнечных коллекторов.
Сама большая фотоэлектрическая станция находится в Соединенных Штатах Америки, а ее мощность составляет порядка 550 мегаватт.
Конструкции современных солнечных электростанций просты в обслуживании и монтаже, но к сожалению, сегодняшний уровень развития науки не позволяет добиться выгодной экономической отдачи от них.
Гидроэнергетика – это область хозяйственно-экономической деятельности, совокупность больших искусственных и естественных подсистем, которые используются для преобразовании энергии потока воды в электрическую.
Большинство гидроэлектростанций сооружается на реках. К преимуществам объектов гидроэнергетики относятся возможность быстрого включения или отключения генераторов; относительная низкая себестоимость энергии; отсутствие вредных выбросов; возможность разведения рыбы; возможность предотвращения паводков и т.п. К основным недостаткам относятся:
- необходимость затопления обширных территорий;
- изменение условий обитания диких животных.
Гидроэлектростанции уже доказали свою эффективность при доставке энергии в горные районы. В таких странах, как Китай, Канада и Исландия основной объем электроэнергии вырабатывается гидроэлектростанциями.
Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу
Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования
Возобновляемая энергия – та, что добывается из пополняемых или неисчерпаемых источников.
За счет циклического характера процессов, протекающих в природе, некоторые источники пополняются при прохождении полного цикла, что позволяет использовать их регулярно в энергетической отрасли.
Другие вовсе неисчерпаемы, что положительно влияет на их доступность в глобальном масштабе.
Какие бывают источники энергии
Источники делятся на два основных вида:
- невозобновляемые;
- возобновляемые.
Отличие от альтернативных источников
Альтернативные источники включают возобновляемые и другие неископаемые виды энергии: водород, энергия расщепления.
Назначение альтернативных источников – поиск новых способов получения энергии, способных заменить традиционные виды.
Разработка новых методов выработки ведется с целью получения более выгодных при эксплуатации и менее вредных для экологии. Возобновляемые отвечают обоим требованиям.
Подробная классификация и виды ВИЭ
Нетрадиционные источники энергии группируются по двум признакам:
Первая классификация используется редко из-за низкой практической применимости, содержит три источника:
- механические;
- химические;
- тепловые.
Вторая классификация разделяет возобновляемые источники по явлениям:
- солнце;
- ветер;
- вода;
- тепло земли;
- биотопливо.
Энергия солнечного света
Солнечные панели в Европе
Ведущее положение среди возобновляемых источников занимает солнечный свет. Для извлечения энергии используются панели, на которых концентрируются солнечные лучи. После этого происходит нагревание и последующая выработка за счет взаимодействия элементов панели: бора и фосфора.
Панели могут устанавливаться на жилые дома, транспорт, а также составлять полноценные солнечные электростанции. Для размещения панелей важен ряд параметров: высота, климат, положение солнца. Используется полученная энергия для выработки электричества, отопления и нагрева воды. Мировая доля солнечной энергетики составляет 1,3% – 301 ГВт/ч.
Среди недостатков технологии выделяют высокую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (до 20%), что приводит к низкой экономической целесообразности использования солнечных панелей.
Энергия ветра
Ветряки
Другое явление, широко применяющееся в качестве источника, – ветер. Он возникает за счет разницы давления в атмосфере и обладает кинетическим потенциалом. Это используется при работе ветроэнергетических установок (ВЭУ) – башни с вращающимися лопастями.
Основание башни бывает стационарным, плавучим. Разработка плавучих связана с тем, что оптимальное место установки ВЭУ – прибрежная зона в 10-12 километрах от берега. Стационарные размещают в море, если глубина и рельеф дна позволяют, на равнинной местности.
Главный недостаток ветра – непостоянность. Для избегания этого фактора инженеры заранее анализируют предполагаемую область размещения ВЭУ с учетом силы и направления ветра. Мировая доля ветряной энергетики составляет 2,6% – 600 ГВт/ч.
Использование энергии воды
Для воды характерно то, что сразу несколько ее свойств используются для получения энергии. Напор используется для работы гидроэлектростанций – самый распространенный способ. Менее распространенные методы связаны с приливами, отливами, волнами, течениями, разницей температур на поверхности и глубине.
Вода – возобновляемый источник, составляющий ¾ от объема. Среди всех источников гидроэнергетика дает примерно 15%. За счет круговорота воды в природе обеспечивается энергетическая стабильность.
ГЭС в России
Энергия водного потока
Основной источник в гидроэнергетике – напор. Для этого строятся гидроэлектростанции (ГЭС), перекрывающие русла рек. Образовывающиеся водохранилища и разница уровней воды создают напор, вращающий турбины, от которых генераторы вырабатывают электричество.
ГЭС представляют собой плотины и влекут локальные изменения экосистемы: перекрытие доступа к нерестилищам, затопление территории, образование новых мест обитания водоплавающих.
На ГЭС предусмотрена возможность регулирования уровня подачи воды и выработки энергии.
Гидроэнергетика обеспечивает 16% мирового производства энергии, что составляет 25 тысяч ТВт/ч. Например, Парагваю она дает 100% вырабатываемой энергии. Годовая выработка китайской ГЭС «Три ущелья» составляет 98 ТВт/ч – это самая мощная ГЭС в мире. Энергия приливов и отливов
За счет действия гравитации Луны и Солнца на Земле существует явление приливов и отливов. Во время прилива уровень воды поднимается, по аналогии с действием ГЭС во время отлива может вырабатываться энергия.
Для этого в прибрежных районах сооружают приливные электростанции (ПЭС) с генераторами, насосными установками. Последние необходимы в период отсутствия приливов и отливов.
Такие электростанции не распространены из-за высокой стоимости строительства, нестабильности работы.
Потенциальная энергия волн
По аналогичной схеме извлекается энергия из волновых движений. Конструкция волновых электростанций, состоящая из поршней, размещенных в специальных отсеках, называется «Морской змей». Внутри них – генераторы и гидравлические двигатели. При прохождении волн кинетическая энергия трансформируется в электрическую за счет волновых колебаний. Недостаток системы – неустойчивость к штормам.
Часть проекта волновой электростанции (Сочи)
Энергия температурного градиента в океане
Вода имеет разную температуру на поверхности и на глубине, что позволяет генерировать энергию. Для этого разрабатываются геотермальные станции, для которых выбирается подходящее место в акватории океана. Для работы активно задействуется солнечное излучение, которое формирует температуру поверхности воды.
Геотермальная энергия недр Земли
Геотермальная станция в Исландии
Земные недра содержат огромное количество энергии, которая сама в некоторых местах вырывается наружу в виде гейзеров и вулканов.
Пар и выбросы воды в гейзерах используются для работы геотермальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС).
Для доступа к источникам бурятся скважины к недрам земли глубиной до полутора километров. Вода подается для отопления или используется для выработки энергии.
Данный вид получения энергии отличается стабильностью и, например, в Исландии дает четверть всего электричества. Основное распространение ГеоТЭС получили в местах действия вулканов и горячих источников. Кроме Исландии, велика доля (более 10%) в следующих странах: Филиппины, Сальвадор, Коста-Рика, Кения, Новая Зеландия, Никарагуа.
Биоэнергетика и биотопливо
Биотопливо принадлежит к одному из трех поколений:
ПоколениеСостояние топливаИсточники
| Первое | Твердое, жидкое, газообразное | Древесные продукты (брикеты, дрова, опилки), торф, этанол, метанол, биодизель, биогаз, биоводород, метан, другие |
| Второе | Жидкость, образуемая пиролизом биомассы | Водоросли, древесина хвойных пород |
| Третье | Жидкое | Водоросли с высоким содержанием масла |
Ведущее место в производстве и потреблении биотоплива занимает Бразилия, на долю которой приходится до 45% мирового объема.
Плюсы и минусы использования ВИЭ
ВИЭ снижают негативное влияние на окружающую среду, заключающегося в парниковом эффекте, за счет восстанавливаемых естественным образом ресурсов. Как и для других отраслей экономики, энергетике необходима диверсификация, позволяющая избежать зависимости от одного вида сырья.
Из негативных факторов на первый план выходит стоимость внедрения объектов инфраструктуры, которая значительно влияет на итоговую стоимость энергии. Многие виды ВИЭ имеют нестабильный характер и не могут на регулярном уровне обеспечивать потребности в требуемом объеме.
Применение в современной России
Солнечная электростанция на Урале
Ведущую роль в энергосистеме России играют нефть и газ, обеспечивающие 75% потребления страны. Еще 15% дает уголь, только 10% – ВИЭ и атомная энергетика. Высокая степень обеспеченности энергоресурсами делает отрасль маловосприимчивой к изменению текущего баланса. России располагает значительными запасами как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.
Из возобновляемых источников две трети – гидроэнергетика. Остальные виды в незначительных масштабах представлены в разных регионах страны:
ВидРегион выработки
| Солнечная | Краснодарский край, Кавказ |
| Ветряная | Ульяновская область, Камчатка, Чукотка, Краснодарский край, Башкортостан |
| Геотермальная | Сахалин, Курильские острова, Камчатка, Кавказ |
| Волновая | Баренцево море |
Мировые тенденции использования возобновляемых источников
Начиная с XXI века в мире произошел стремительный рост выработки энергии из возобновляемых источников:
- в 22 раза за 13 лет выросла ветряная энергетика;
- в 430 раз за 10 лет выросла солнечная энергетика.
4.Использование возобновляемых источников энергии в мире
В
последние десятилетия в мировой
энергетике наблюдаются качественные
изменения, обусловленные экономическими,
политическими и технологическими
причинами.
Одна из основных тенденций
— снижение потребления топливных ресурсов
– их доля в общемировом производстве
электроэнергии за последние 30 лет
сократилась с 75% до 68% в пользу использования
возобновляемых ресурсов (рост с 0,6% до
3,0%).
Странами-лидерами
в развитии производства энергии из
нетрадиционных источников являются
Исландия (на долю возобновляемых
источников энергии приходится около
5% энергетики, в основном используются
геотермальные источники), Дания (20,6%,
основной источник – энергия ветра),
Португалия (18,0%, основные источники –
энергия волн, солнца и ветра), Испания
(17,7%, основной источник – солнечная
энергия) и Новая Зеландия (15,1%, в основном
используется энергия геотермальных
источников и ветра).
Крупнейшими
мировыми потребителями возобновляемой
энергии являются Европа, Северная
Америка и страны Азии.
Китай,
США, Германия, Испания и Индия обладают
почти тремя четвертями общемирового
парка ветроэнергетических установок.
Среди стран, которые характеризуются
наилучшим развитием малой гидроэнергетики,
лидирующее положение занимает Китай,
на втором месте Япония, на третьем —
США. Пятерку лидеров замыкают Италия и
Бразилия.
В
общей структуре установленных мощностей
объектов солнечной энергетики лидирует
Европа, далее следуют Япония и США.
Высокий потенциал развития солнечной
энергетики имеют Индия, Канада, Австралия,
а также ЮАР, Бразилия, Мексика, Египет,
Израиль и Марокко.
Первенство
в геотермальной электроэнергетике
сохраняют США. Затем идут Филиппины и
Индонезия, Италия, Япония и Новая
Зеландия.
Активно развивается геотермальная
энергетика в Мексике, в странах Центральной
Америки и в Исландии — там за счет
геотермальных источников покрывается
99% всех энергетических затрат.
Перспективными источниками перегретых
вод обладают множественные вулканические
зоны, в том числе Камчатка, Курильские,
Японские и Филиппинские острова, обширные
территории Кордильер и Анд.
Согласно
многочисленным экспертным заключениям,
мировой рынок возобновляемой энергетики
продолжит успешное развитие, и к 2020 году
доля возобновляемых источников энергии
в производстве электроэнергии в Европе
составит около 20%, а доля ветровой энергии
в производстве электрической энергии
в мире – около 10%.
Россия
занимает одно из ведущих мест в мировой
системе оборота энергоресурсов, активно
участвует в мировой торговле ими и в
международном сотрудничестве в этой
сфере. Особенно значимы позиции страны
на мировом рынке углеводородов. Вместе
с тем страна практически не представлена
на мировом рынке энергетики, основанной
на возобновляемых источниках энергии.
Общая
установленная мощность электрогенерирующих
установок и электростанций, использующих
возобновляемые источники энергии, в
России в настоящее время не превышает
2 200 МВт.
С
использованием возобновляемых источников
энергии ежегодно вырабатывается не
более 8,5 млрд. кВтч электрической энергии,
что составляет менее 1% от общего объема
производства электроэнергии. Доля
возобновляемых источников энергии в
общем объеме отпускаемой тепловой
энергии составляет не более 3,9%.
Структура
выработки энергии на базе возобновляемых
источников энергии в России значительно
отличается от общемировой.
В России
наиболее активно используются ресурсы
тепловых электростанций на биомассе
(доля в выработке электроэнергии –
62,1%, в выработке тепловой энергии – не
менее 23% на ТЭС и 76,1% на котельные), в то
время как общемировой уровень использования
биоТЭС – 12%.
При этом в России почти
совсем не используются ресурсы ветро-
и солнечной энергетики, зато около трети
выработки электроэнергии приходится
на малые ГЭС (против 6% в мире).
Мировой
опыт показывает, что первоначальный
толчок к развитию возобновляемой
энергетики, особенно в странах, богатых
традиционными источниками, должен быть
дан государством. В России же никакой
поддержки этом сектору энергетической
отрасли практически не оказывается.
- Вывод.
-
Возобновляемые
источники энергии (ВИЭ) – это те ресурсы,
которые человек может использовать, не
причиняя вреда окружающей среде. -
Энергетика,
использующая возобновляемые источники,
называется «альтернативной энергетикой»
(в отношении традиционных источников
– газа, нефтепродуктов, угля), что
указывает на минимальный вред окружающей
среде. -
Преимущества
использования возобновляемых источников
энергии (ВИЭ) связаны с экологией,
воспроизводимостью (неисчерпаемостью)
ресурсов, а также с возможностями
получения энергии в труднодоступных
местах проживания населения. -
К
недостаткам энергетики на ВИЭ часто
относят низкий КПД технологий выработки
энергии на таких ресурсах (на текущий
момент времени), недостаточность
мощностей для промышленного потребления
энергии, потребность в значительных
территориях посева «зеленых агрокультур»,
наличие повышенного шумоуровня и
виброуровня (для ветровой энергетики),
а также сложности добычи редкоземельных
металлов (для солнечной энергетики). -
Применение
возобновляемых источников энергии,
связано с местными возобновляемыми
ресурсами и государственной политикой. -
Успешные
примеры — это геотермальные станции,
обеспечивающие энергией, отоплением и
горячей водой города Исландии; «фермы»
солнечных батарей в Калифорнии (США) и
ОАЭ; «фермы» ветрогенерации в Германии,
США и Португалии. -
Для
энергогенерации России, с учетом опыта
использования, территорий, климата и
обеспеченностью возобновляемыми
источниками энергии, наиболее
перспективными являются: гидростанции
малой мощности, солнечная энергетика
(особенно перспективна в ЮФО) и
ветроэнергетика (Балтийское побережье,
ЮФО). -
Перспективный
источник возобновляемой энергии, но
требующий профессиональной технологической
разработки — это бытовые отходы и газ
метан, получаемый в местах их хранения.
До
недавнего времени по целому ряду причин,
прежде всего из-за огромных запасов
традиционного энергетического сырья,
вопросам развития использования
возобновляемых источников энергии в
энергетической политике России уделялось
сравнительно мало внимания. В последние
годы ситуация стала заметно меняться.
Необходимость борьбы за лучшую экологию,
новые возможности повышения качества
жизни людей, участие в мировом развитии
прогрессивных технологий, стремление
повысить энергоэффективность
экономического развития, логика
международного сотрудничества – эти
и другие соображения способствовали
активизации национальных усилий по
созданию более зеленой энергетики,
движению к низкоуглеродной экономике.
Объем
технически доступных ресурсов
возобновляемых источников энергии в
Российской Федерации составляет не
менее 24 млрд. тонн условного топлива.
Возобновляемые источники энергии: виды, преимущества и недостатки
Электричество в наше время является одним из основных ресурсов. Без него люди могут лишиться множества возможностей.
Заводы перестанут производить сырьё и продукты питания, в домах и квартирах пропадет система отопления и подача воды, перестанут работать гаджеты.
Примеров использования электричества в наше время множество, поэтому поднимаю тему о получении электрической энергии возобновляемыми источниками.
Невозобновляемая энергия – это электричество, полученное из невозобновляемых источников энергетических ресурсов. К ним можно отнести: газ, уголь, нефть, уран.
Газ
Нефть
Уголь
Уран
Возобновляемый источник электричества (ВИЭ) – это, наоборот, энергия, получаемая из пополняемых источников. К ним можно отнести ветер, течении воды, Солнце и биотопливо.
Ветер
Течение воды
Солнце
Биотопливо
Возобновляемые ресурсы окружают нас повсюду и из ни можно использовать полезно для выработки энергии. Как же нам получить из этого электричество? Об этом будет рассказано ниже, поэтому запасаемся чаем и читаем внимательно.
Бывает, когда делаешь хорошую прическу, красиво наряжаешься, а выйдя на улицу вам все портит неприятный ветер, после задумываешься о потраченном на все это времени. А летом, когда печет Солнце, ищешь ветерок для охлаждения своего тела.
В эти моменты мы не задумываемся о том, что это явление природы может быть нам полезно для выработки электричества.Все мы знаем о парусных кораблях, ветер попадает в парус и путем импульса заставляет двигаться судно. Таким способом и добывается электроэнергия.
Воздушная масса попадает на лопасти ветрогенератора, тем самым заставляя ротор вращаться.
Разберем работу установки более подробно. Ветер попадает в лопасти, начинает вращаться ротор, тем самым приводя в движение весь механизм, включая вал генератора. Механическая энергия вращения превращается в электричество.
Схема работы ветрогенератора
Электрический ток проходит путь от генератора до потребителей. Рассмотрим подробно этот путь по каждому из компонентов.
Схема. Путь тока от ветрогенератора до потребителя
- Генерируемый ветрогенератором электрический ток поступает к контроллеру. В контроллере происходит преобразование энергии в постоянный электрический ток, необходимый для подзарядки аккумуляторов. Ещё одной его функцией является регулировка оборотов ротора.
- Ветер – не постоянное явление. Поэтому иногда энергии не хватает для обеспечения нужд потребителей. Поэтому система имеет в комплекте аккумуляторы для запаса энергии. Пройдя контроллер энергия поступает в батареи, где она и накапливается.
- Далее, энергия проходит через инвертор. Постоянный ток с напряжением 12В преобразуется в переменный ток с напряжением 220В, и частотой 50 Герц.
Так как воздух имеет массу, движение воздуха имеет кинетическую энергию.
Когда на пути ветра, дующего в определенном направлении, появляется предмет или любое другое сопротивление, их взаимодействие можно описать с помощью векторов силы.
Ветер отталкивает препятствие и отталкиваться сам в противоположенном направлении. Лопасти, закрепленные на оси ветрогенератора, будут вращаться вокруг оси вращения. Графически это выглядит следующим образом:
Соприкосновение ветра о лопасти
Если номинальная мощность ветрогенератора составляет, например, 800 Вт при скорости ветра 8 м/с, то это не значит, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт. Значение мгновенной мощности ветрового потока, воздействующего на лопасти генератора, пропорционально скорости ветра, возведенной в куб (третья степень). На практике это означает следующее:
если скорость ветра падает в 2 раза, то мощность, генерируемая ветроустановкой, снижается примерно в 8 раз.
Зависимость мощности от скорости ветра
Зависимость мощности от скорости ветра
Разобрав производство электричества из воздушных потоков, переходим к водным. Станция по генерации энергии из воды называется – гидроэлектростанция (ГЭС). Принцип её работы схож с тепловой электростанцией, только здесь ротор турбины вращает не пар, а вода. Рассмотрим данный процесс поближе:
Процесс добычи электричества
- Все ГЭС расположены на воде. Строится плотина, которая предназначена для поднятия уровня реки и увеличения перепада высот уровней воды. При этом имеется возможность регулировать поток воды поступающей на гидротурбину ГЭС. Это обеспечивает электростанциям данного вида необходимую маневренность при регулировании отпуска электрической энергии.
- Поток воды попадает на гидротурбину заставляя её вращаться. Энергия потока падающей воды преобразуется в в механическую энергию вращения ротора генератора.
- Генератор, подключенный к турбине через валы и шестерни, преобразует механическую энергию в электрическую.
- Произведенное электричество проходит через линию передач, построенную от ГЭС до потребителей, и используется на различные нужды.
Можно разделить гидроэлектростанции по их вырабатываемой мощности:
- Высокой мощности – выработка более 25 МВт.
- Средние – до 25 МВт.
- Малые – до 5 МВт.
Мощность ГЭС зависит от мощности потока воды и КПД гидротурбин и генератора. Даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Поэтому уровень воды имеет решающее значение.
Обратите внимание! Уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться из-за естественных природных явлений, производимая энергия не является постоянной.
Гидростанции влияют на изменения микроклимата, что сказывается на экосистеме. Это происходит из-за затопления территории при строительстве дамбы. При этом повышается испарение воды воды с поверхности водохранилища. Все это приводит к изменению микроклимата в регионе.
Из-за застаивания воды происходит существенное ее нагревание и понижение качества. Содержание растворенного кислорода в воде начинает падать. В связи с этим дно водоема зарастает водорослями. Водоемы загрязняются разлагающимися органическими отходами (листьями, ветвями деревьев и т.д.) из-за отсутствия водообмена.
Все это сопровождается ухудшением условий жизни, повышением заболеваемости рыбы.
На реке со спокойным течением строится плотина, перегораживающая ее русло. Располагаемая мощность гидроэлектростанции зависит от высоты плотины. Внутри постройки строятся вертикальные или наклонные каналы, которые направляют воду к гидротурбине.
Плотинная ГЭС.
На реках с интенсивным потоком воды, создают отводы в виде закрытых или открытых тоннелей под нужным наклоном, корректирующие давление воды. Благодаря чему вода попадает на станцию с нужной скоростью потока.
Деривационная ГЭС
Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
Приливная ГЭС
ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием бассейна перед водозабором напорного канала. Из этого резервуара вода подается как на турбину, так и может подаваться в обратном направлении. На таких станциях устанавливаются обратимые двигатели. Их ротор может вращаться в обратном направлении. При этом он будет потреблять электроэнергию, а не вырабатывать.
Аккумуляторная ГЭС.
Солнечная энергетика – перспективное направление в развитии альтернативных источников энергии.
Энергия солнца
Генерация электричества из энергии Солнца осуществляется при помощи солнечной батареи. Прибор состоит из фотоэлектрических ячеек, запакованных в одну рамку.
Каждая из них сделана из полупроводникового материала, например, кремния. Лучи, попадающие на отрицательно заряженную панель – нагревают полупроводник, который частично поглощает их энергию.
Такой приток энергии в полупроводнике освобождает отрицательно заряженные частицы – электроны.
Состояние до нагрева.
Состояние после нагрева
Полученной энергии достаточно, чтобы оторвать электроны от атомов. В результате на их месте остаются “дырки”, а электроны начинают свободно перемещаться по кристаллической решётке.
Под воздействием электрического поля происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц. Появляется разность потенциалов или постоянное напряжение. Свободные электроны двигаются в определенном направлении.
Поток свободных электронов образует электричество.
Солнечная панель.
Через металлические контакты и по линиям электропередач электрический ток направляется к потребителям.
Подача тока потребителю
Обратите внимание! Чтобы уменьшить потери от отражения света, фотоэлементы покрывают антибликовым покрытием. Для защиты установки от дождя и ветра покрывают стеклом.
Основным блоком солнечного модуля является тончайшая пластина из двух кремниевых слоев. Каждый слой обладает уникальными физическими характеристиками. Технология изготовления делит фотоэлементы для альтернативных электростанций на:
- Монокристаллические модули.
- Поликристаллические блоки.
Для такой батареи выращивается специальный монокристалл кремния по способу Чохральского. Монокристаллические модули стоят дороже поликристаллических и имеют более высокий КПД достигающий 20-22%. Это происходит за счет того, что лучи солнца не рассеиваются, а равномерно распределяются по поверхности.
Монокристаллическая панель
Поликристаллические солнечные батареи являются оптимальным вариантом для потребления энергии Солнца. Они дешевле монокристаллических, так как изготавливаются из обрезков от производства своих аналогов. По внешнему виду отличительной чертой от монокристаллических батарей является голубой и свето-синий цвет.
Чистота кремния в поликристалле ниже, чем в монокристалле, КПД достигает 15-18%.
Поликристаллическая панель
Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Его получают из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, термохимическим или биологическим способом.
Биотопливо можно поделить на 3 вида:
- Твёрдое.
- Жидкое.
- Газообразное.
Твердым биотопливом пользовались люди раньше, но и сейчас оно имеет место быть. Есть среди нас любители шашлыков на природе или бани на дровах, возможно, вы входите в их число. К таком виду топлива относится: древесина, кора, опилки и так далее.
Существует множество видов жидкого биотоплива, рассмотрим некоторые из них:
- Биоэтанол — его получают путем ферментации крахмала или сахара.
- Биодизель — делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма.
- Биобутанол — производится аналогично биоэтанолу.
- Биогаз — смесь метана и углекислого газа, которая создается во время анаэробного сбраживания.
- Биоводород — аналог обычного водорода, получаемый из биомассы. Термохимический способ получения заключается в нагреве сырья без доступа к кислороду до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород.
Биотопливо может использоваться для обогрева помещений (брикеты, пиллеты, биогаз), как горючее для автомобильных двигателей (биодизель), или как другой вид топлива.
Россия является одним из мировых лидеров в использовании электроэнергии от возобновляемых источников, но только в области гидроэнергетики. Все остальные направления развиты недостаточно, хотя страна обладает значительным природным потенциалом.В 2019 году Правительство РФ приняло решение стимулировать развитие солнечной и ветровой энергетики, доведя ее долю до 1% (5 гВт) общей выработке.
Лидером в развитии ВИЭ в странах долгое время является Китай. Он вкладывает в солнечную, ветряную и гидроэнергетику больше, чем европейские страны, а также США.
Альтернативная энергетика, виды и страны-лидеры в её развитии:
- Гидроэнергетика – Китай, Бразилия, США, Канада, Россия, Индия, Норвегия, Турция, Япония и Франция.
- Ветровая – Китай, США, Германия.
- Солнечная – Китай, Япония, США, Германия.
- Биоэнергетика – Бразилия, Китай, США, Индия, Германия.
Плюсы:
- Данные ресурсы имею свойство восстанавливаться. Когда закончатся невосстанавливаемые ресурсы, этот источник электричества всё ещё будет существовать.
- Генерация электроэнергии за счет возобновляемых источников возможно без выбросов вредных веществ в окружающую среду.
- Для производства электроэнергии не нужно обладать нефтяными или газовыми ресурсами. Ведь Солнце, ветер, вода и биотопливо есть во всех местах. Единственное, не во всех регионах получится получать энергию всеми доступными возобновляемыми источниками.
Минусы:
- Сооружения и оборудования имеют высокие затраты на обслуживании и строительстве. Поэтому не всегда такой способ оправдан экономически.
- Зависимость от природных факторов. Человеку не подвластно контролировать уровень приливов воды, силу ветра. Так же уровень переработки солнечной энергии зависит от географии страны
- Данный этап развития показывает низкий КПД и низкую мощность установок, разве что ГЭС отличается в этом плане.
- Все же, каким бы экологичным ВИЭ не был, использование возобновляемых источников энергии влияет на климат. Биотопливо приводит к сокращению растительных площадей, а ГЭС влияет на подводных жителей.
ВИЭ – это будущее нашей жизни, как бы эффективны станции ТЭЦ, АЭС не были, ресурсы для них исчерпаемы. Поэтому способы добычи энергии альтернативными источниками имеют актуальную тему на сегодняшний день. Надеюсь вам, читатель, было интересно узнать про такие методы, возможно, вы заинтересуетесь после данной статьи создать свою ветряную мельницу или солнечную панель.