Альтернативные виды энергии: Топ-9 источников

Современный мир находится на распутье — постоянно растет численность населения Земли, экономики стран нуждаются в большем объеме энергии. При этом запасы ископаемого топлива, которые обеспечивают возможности традиционной энергетики, истощаются. Кроме того, использование углеводородов наносит вред окружающей среде, что отражается на качестве жизни населения. Поэтому все больше стран стараются совершить переход на альтернативные источники энергии. Расскажем о самых эффективных.

Что такое альтернативная энергетика

Сразу разберемся в терминологии. Какая бывает энергия? Нас интересует деление на возобновляемую и невозобновляемую. Последняя относится к традиционной. А вот возобновляемая это и есть альтернативная энергетика. Последняя представлена природными источниками, которые восстанавливаются естественным образом. Это солнце, ветер, вода и др. Другое название такой энергетики — зеленая.

И если при добыче, сжигании и переработке углеводородов человек наносит непоправимый вред природе, то зеленая энергетика действует более чадяще. Кроме того, ее силами можно будет обеспечить не только промышленное производство, но и частные домохозяйства — подогрев воды, отопление дома, электроэнергию.

Виды альтернативной энергии

Теперь поговорим более подробно о видах альтернативной энергии — их особенностях, свойствах, эффективности.

Солнце

Самый эффектный и доступный вариант природной энергии. Конечно, для ее получения необходимы переходники. Их роль выполняют солнечные панели или батареи.

Интересно: энергии, которую Солнце отправляет на Землю всего за сутки, может хватить на обеспечение годовой потребности в энергии. Но на данный момент выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2% годового показателя.

Если вы думаете, что солнечная энергетика лишена недостатков — ошибаетесь. Главные минусы такого альтернативного источника:

•  зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию будет сложно и невыгодно экономически;
• солнечные батареи дороги в производстве. Кроме того, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы. Проблема в том, что в их составе есть токсичные вещества (свинец, галлий, мышьяк);
• необходимы большие площади. Для того, чтобы получить достаточный объем альтернативной энергии из солнца, придется использовать большие площади. Обычно это ровные поверхности. Для маленьких стран с дефицитом земли этот вариант не подходит.

Это не значит, что мир решил отказаться от солнечного света в качестве альтернативного источника энергии. С успехом они используются там, где это экономически выгодно: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. Особенно актуальны солнечные батареи в странах,где самое большое количество солнечных дней в году. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Ветер

Энергию ветра человек использовал уже несколько веков назад. Не собирается отказываться от нее и сейчас.

Интересно: запасы ветроэнергии в 100 раз превышают запасы энергии всех рек на планете. Ветровые станции могут преобразовать обычный ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Конечно, понадобится дополнительное оборудование — ветрогенераторы и мельницы. Первые позволяют получать электричество, а вторые механическую энергию.

Часть стран Европы активно осваивают этот вид альтернативной энергетики — Дания, Португалия, Испания, Ирландия. Проезжая по такой стране вы повсеместно будете видеть огромные ветряки. Статистика говорит о том, что уже к середине 2018 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Отметим, что у этого вида альтернативной энергетики есть минусы. Прежде всего — непостоянство силы ветра. Этот параметр невозможно держать под контролем. Получается, что такой источник нельзя назвать постоянным. Его, скорее, можно использовать как дополнительный. Второй минус — ветряки могут вызывать радиопомехи и менять климат. Все дело в том, что они забирают часть кинетической энергии ветра. Но ученые пока не пришли к единому мнению — отрицательный это факт или из него в дальнейшем можно будет извлекать выгоду.

Вода

Воду человек использует в качестве источника энергии уже очень давно. Всем знакомы гидроэлектростанции, которые питают целые города и регионы электричеством. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Здесь же приходится строить плотины. Они необходимы для того, чтобы создать оптимальный напор воды, которая и заставляет приходить в движение мощные лопасти гидротурбин. Последние же приводят в движение электрогенераторы.

Минус такого альтернативного источника в дороговизне строительства. ГЭС — сложное с технической точки зрения сооружение. Оно нуждается в квалифицированном персонале и строгом соблюдении технического регламента работы, периодическом обслуживании. Ошибки дорого обходятся людям и природе в случае аварии. Но стоимость электричества в регионах, где стоят ГЭС всегда ниже примерно в два раза.  Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества. При этом работой турбин можно управлять — контролировать скорость и регулировать объем выработки.

Волны

Выше мы рассказали о привычных уже источниках альтернативной энергетики. А вот морские волны — менее привычный вариант. При этом человек научился извлекать энергию из волн несколькими способами. Но эффективными показали себя всего три. Все они различаются по типу установок, которые размещаются на воде:

•   камеры, нижняя часть которых погружена в воду;
• поплавки;
• установки с искусственным атоллом.

Принцип действия таких установок довольно прост — забор кинетической энергии волн (морских или океанических) и дальнейшая ее передача на суше. Для передачи используют мощные кабеля. Затем энергия попадает на специальные станции, где происходит ее преобразование в электроэнергию.

Нужно отметить, что этот вид альтернативной энергетики используется крайне мало — на него приходится всего 1 % от мирового производства. Все дело в том, что системы для получения кинетической энергии волн обходятся слишком дорого. Кроме того, возникают проблемы с размещением их в воде — необходим удобный подход для установки, обслуживания и утилизации.

Приливы и отливы

При приливах и отливах в движение приходит огромная масса воды и использовать ее энергию человек мечтал давно. Для того, чтобы использовать энергию подъема и спада воды вдоль береговой линии устанавливают электростанции. Причем подходит не любой берег — важно, чтобы перепад высот составлял не менее 5 метров. Генерация энергии входит в задачу приливных станций, дамб и турбин.

Плюсом такого варианта является хорошая изученность приливов и отливов. Их можно прогнозировать, а значит контролировать процесс получения энергии. Тем не менее особых надежд на этот источник ученые не возлагают, поскольку приливная энергетика не может обеспечить значительный объем потребления.

Температурный градиент

Звучит довольно необычно и сложно, но на самом деле это просто гидротермальная энергия. Этот альтернативный источник — морская вода. Все дело в том, что морская или океаническая вода имеет разную температуру на поверхности толщи и в самой глубине. Используя эту разницу, можно получить электроэнергию.

Первая такая установка появилась в 1930 году. В настоящее время их использование наиболее распространено в США и Японии. Причем специалисты создали несколько вариантов станций — закрытого, открытого и комбинированного типов.

Энергия жидкостной диффузии

Это, наверное, самый современный вид альтернативной энергетики.  Принцип действия основан на энтропии жидкостей. Осмотическая электростанция должна быть установлена в устье реки. Здесь она контролирует смешение пресной и соленой воды, извлекая электроэнергию. Процесс довольно сложный с химической точки зрения и понимания обычного человека.  Все дело в том, что при смешивании происходит выравнивание концентрации солей. Это даёт избыточное давление. Последнее обеспечивает вращение турбины. Это редкий вид альтернативного источника. И используется он пока только в Норвегии. В мире есть всего одна такая осмотическая установка.

Земля

Земля тоже может стать альтернативным источником энергии. Ученые научились использовать внутреннюю энергию почвы с помощью геотермальных станций или насосов. Добывают такие установки горячую воду и пар. Чаще всего их устанавливают в вулканических районах. Здесь горячая вода расположена близко от поверхности или добраться до нее очень просто. Достаточно пробурить неглубокую скважину — от 3 до 12 км.

Добытая вода помогает отапливать здания. Система может быть прямой или использовать теплообменный блок. Пар и воду можно преобразовать в электричество. Для этого понадобится установка с турбиной, которую и будет вращать пар.

Минус такого источника: высокая стоимость установок, негативное влияние на природу из-за понижения температуры Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Биотопливо

И еще один альтернативный источник энергии. Его можно поделить на поколения:

• первое – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан. Получить его довольно просто. Даже обычные сельские жители могут установить биогазовую станцию, в которой биомасса будет бродить в результате воздействия нужной температуры;
• второе – топливо из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур);

• третье – биотопливо из водорослей.

Кстати, самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. В современных реалиях можно найти леса, которые специально высаживают для получения топлива. Это так называемые энергетические леса — из эвкалипта, тополей и других быстрорастущих деревьев.

Альтернативная энергетика — плюсы и минусы

Для чего вообще нужны альтернативные источники при условии, что на данный момент традиционные не истощены? Дело в том, что многие страны ищут пути для получения энергетической независимости от своих соседей и выделяют основную повестку существования — защита окружающей среды.

Плюсы

Выделим основные плюсы зеленой энергетики:

• доступность. Солнце, ветер и вода есть везде. Конечно, в разной степени доступности. Солнечная энергетика больше подходит странам, где максимальное количество солнечных дней в году. Волновую энергетику могут использовать регионы с отличным доступом к морю или океану. А геотермальная эффективна только в районах, расположенных недалеко от вулканов;
• экологичность. Это один из основных плюсов альтернативной энергетики. При переработке традиционных источников вред окружающей среде ощутим;
• экономичность. В конечном итоге потребитель платит за получаемую энергию меньше.

Минусы

Если вы думаете, что минусов у альтернативной энергетики практически нет или очень мало — ошибаетесь. Их довольно много:

• траты на строительство и обслуживание. Все оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Но сторонники зеленой энергетики утверждают, что такие трудности носят временный характер. Сейчас ведется разработка более дешевого оборудования и систем преобразования;
• зависимость от географии. Невозможно контролировать порывы ветра или количество солнечных дней в году. Именно поэтому имеет огромное значение принцип прогнозирования — станции и установки размещают в наиболее удачных регионах;
• низкая мощность и КПД установок. Как правило, они не могут удовлетворить запросы потребителя в полном объеме. Пока альтернативная энергетика может использоваться только как дополнение к традиционной;
• влияние на климат и окружающую среду. Оно не столь губительно, как при переработке традиционных источников, но все же есть. Например, при строительстве ГЭС нарушается водная флора и фауна. Со временем она, конечно, подстраивается под новые условия и изменяется, но каковы будут последствия сказать сложно.

Альтернативные виды энергии в мире

Какие страны наиболее активно используют зеленую энергетику? Главный потребитель — страны Евросоюза. В некоторых его членах до 40 % электроэнергии вырабатывается из альтернативных источников. Кстати, здесь создаются эффективные меры по поддержке тех компаний и домохозяйств, которые переходят на подобную энергетику.

Что с альтернативной энергией в России

Россия — огромная страна с разными часовыми поясами и географическим положением регионов. Именно последнее обстоятельство не позволяет развивать альтернативную энергетику равномерно. Кроме того, отечественные инвесторы слабо заинтересованы в этом направлении, отсутствует законодательная база.

Какие виды альтернативной энергетики задействованы в России:

• солнечная. Используется как в промышленных масштабах, так и в частных домах как резервный или основной источник тепла и электричества. Совокупная мощность солнечных установок – 400 МВт. Самые большие объемы расположены в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму;
• ветровая. В России она представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя промышленные установки тоже есть. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы);
• гидро. Нужно отметить, что это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране;
• геотермальная. Камчатка — край вулканов, поэтому это вид альтернативной энергетики распространен именно здесь. 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае;
• биотопливо. Россия входит в тройку экспортеров пеллет и брикетов для отопления на рынок Европы. 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.

Альтернативная энергетика — перспективное направление. Многие страны уже составили план перехода на возобновляемые источники энергии и последовательно выполняют поставленные задачи. Но нужно отметить, что этот вид энергии имеет свои недостатки — от дороговизны оборудования до неконтролируемых параметров и малой мощности. Поэтому говорить о безоговорочной эффективности такого вида энергетики пока рано.