Альтернативные источники энергии статья

Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.

Что это такое

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд.

К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения.

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.

Плюсы и минусы использования

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.

Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плюсы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:

• Плюсами использования являются:
• Возобновляемость альтернативных источников энергии;
• Экологическая безопасность;
• Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
• Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
• Минусы использования:
• Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
• Низкий КПД установок;
• Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
• Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

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. 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.

Рубрика: Экономика и управление

Дата публикации: 03.04.2014 2014-04-03

Статья просмотрена: 1029 раз

Библиографическое описание:

Бердиев Г. И., Мусурмонкулов М. У. Горизонты использования альтернативных источников энергии // Молодой ученый. — 2014. — №4. — С. 473-475. — URL https://moluch.ru/archive/63/9983/ (дата обращения: 24.11.2019).

Перспективы развития мировой энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего, с попытками уменьшения доли жидкого топлива. Истощение ресурсов в мировом масштабе заставляет государства вырабатывать ресурсосберегающую политику на основе использования вторичного сырья. Сегодня около 1/3 всей массы используемых в мире металлов — алюминия, меди, цинка, свинца и олова — добывается из отходов и вторичного сырья. В ряде стран приняты государственные программы экономии энергии.

Например, в Китае к 2015 году намечается возвести новые солнечные тепловые электростанции, общая генерирующая мощность которых составит 3000 мегаватт. Стоимость масштабного проекта оценивается в $7,15 млрд. При его разработке специалисты учитывают, что большая часть КНР идеально подходит для использования именно солнечной энергии. Исследования показывают, что в перспективе на 98 % территории этой страны ежегодно можно генерировать в среднем свыше 1000 киловатт-часов электроэнергии, полученной от солнечного света, в расчете на квадратный метр. В документе, распространенном пресс-службой китайского информагентства Social Sciences Academic Press, подчеркивается, что при среднегодовой генерации электроэнергии на уровне 1500 киловатт-часов на квадратный метр установленных солнечных электростанций полученного электричества хватит на удовлетворение потребностей всех местных домохозяйств Китая [1, с 47].

К числу наиболее перспективных регионов китайские ученые относят те, которые расположены на больших высотах и характеризуются наименее влажным климатом. Самыми перспективными специалисты называют южный Тибет и регион Голмуд, провинция Цинхай. Это прозвучало на Конференции ООН по изменению климата в Дохе в 2012 г.

КНР в своем намерении активного использования энергии солнца явно демонстрирует, насколько мало оптимистичной становится ситуация в мировой энергетике. Выход из нее многие ученые видят именно в развитии альтернативной энергетики и популяризации возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Они отмечают, что источники энергии могут восполняться в природе естественным образом. К традиционным источникам ученые относят энергию воды, преобразуемую в электричество на гидроэлектростанциях, и энергию биомассы, традиционно сжигаемой для получения тепла. В группу альтернативных ВИЭ они включают солнечную, ветровую и геотермальную энергию; энергию приливов, течений, морских волн; энергию воды, преобразуемую в электрическую на микро-ГЭС; а также энергию биомассы, используемую для получения моторного топлива, тепловой и электрической энергии альтернативными способами, но не сжиганием.

В разных странах мира стали появляться хорошо финансируемые государственные программы, направленные на развитие альтернативной энергетики. Принимаются и нормативно-законодательные акты, стимулирующие использование ВИЭ.

Так, Германия уверенно выходит в этой сфере в мировые лидеры. Амбициозные планы немецкого правительства и щедрое госфинансирование помогли немецким компаниям возглавить многие перспективные направления возобновляемой энергетики. Например, компании Roth & Rau и Centrotherm — одни из десятков немецких компаний, занимающих ведущие места в мировой индустрии альтернативной энергетики. Сейчас эти предприятия контролируют почти 75 % мирового рынка станков по нарезке кристаллов кремния для производства солнечных батарей. В итоге немецкий рынок альтернативной энергетики процветает, а немецкие компании легко захватывают мировые рынки, надолго обеспечивая себе лидерство в этой области.

Саксонские компании по производству солнечных батарей Solar World и Q-Cells признаны лидерами в этом сегменте. В конференц-зале Solar World размещена огромная фотография: покрытая солнечными батареями крыша здания у подножия собора Святого Петра в Риме. «Папа римский дал указание установить наши модули на крыше ватиканского зала приемов», — с гордостью проясняет пресс-секретарь Solar World Дэвид Мюнстер. Что же, теперь Ватикан, образно говоря, получает энергию действительно прямо с небес [1, с 47].

«Эффективность технологий изготовления солнечных батарей лучше всего видна по срокам, за которые они возвращают энергию, затраченную на их производство», — говорит один из экспертов Эрфуртского исследовательского института CiS Александр Лоренц.

Ключ к развитию альтернативной энергетики — технологии накопления избыточной энергии для ее позднейшего использования, констатируют международные эксперты. Ряд государств уже объединяют интеллектуальный потенциал своих ученых для реализации инновационных разработок. Пример тому — Германия, Дания, Норвегия. Компании Дании научились перекачивать избыточную энергию ветрогенераторов в норвежские энергосети, где она идет на закачку воды в горные водохранилища, чтобы затем, когда спрос на энергию вырастет, пустить воду на турбины. Таким образом удается эффективно сохранить до 75 % сгенерированной изначально энергии. Специалисты экспертного экологического совета при немецком парламенте считают, что если создать условия для передачи между Данией и Норвегией 46 ГВт энергии и между Германией и Данией — 42* ГВт, это позволит осуществить взаимную перекачку электроэнергии и сделать упор на генерирование энергии с помощью ветра и солнца. Тогда к 2050 году 100 % электричества в Германии будет генерироваться альтернативной энергетикой, при этом более 50 % — солнцем и ветром.

Ветряная энергетика — отрасль, где рост мощностей наиболее значителен, уверяют эксперты. За последние годы мощность вводимых в строй ветряных установок увеличивалась вдвое каждые пять лет. Сейчас мощность одного новой ветряной установки достигает 7 МВт. Стоит она примерно 1 млн евро, зато служит 25 лет и прибыль начинает давать через один-два года эксплуатации.

Наиболее интересное направление развития отрасли — создание парков ветряков в открытом море: именно там можно добиться оптимальных условий работы. В открытом море установки могут работать до 90–95 % времени. Увеличение скорости ветра на один метр в секунду дает прирост генерирования энергии на 30 %, увеличение скорости с восьми до девяти метров в секунду — уже на 50 %, констатируют ученые института Фраунгофера по исследованию энергии ветра и техники энергетических систем (IWES). Но для стабильного достижения таких скоростей нужно удаляться от берега, а значит, работать на больших глубинах и более проблемных грунтах. [1, с 48].

Таким образом, мировое сообщество стало уделять большое внимание развитию альтернативных источников, делая это направление важной сферой государственной политики. Однако вклад возобновляемых источников в мировой энергобаланс пока что невысок. Согласно аналитическим данным, ВИЭ обеспечивают не более 20 % общего мирового потребления энергии, при этом подавляющая часть их вклада приходится на долю традиционных источников.

Основное преимущество ВИЭ перед другими источниками — их возобновляемость, экологичность, широкая распространенность и доступность. В случае необходимости эти источники могут работать автономно, снабжая энергией потребителей, не подсоединенных к централизованным энергосетям. Другими стимулами для внедрения альтернативных источников энергии являются безопасность поставок, постоянный рост цен на традиционные виды топлива и, конечно, научно-технический прогресс. Современные разработки и инновации повышают конкурентоспособность альтернативной энергетики. Потенциал возобновляемых источников энергии, в особенности энергии Солнца и геотермальной энергии, поистине огромен — убеждены многие эксперты-энергетики. Каждый день Солнце посылает на нашу планету в 20 раз больше энергии, чем за год ее использует все население Земли.

Новые энергетические ниши появляются в ряде государств мира не только в области альтернативных источников энергии. Так, газовый концерн E.ON Ruhrgas рассматривает традиционные энергоносители, применявшиеся ранее в первую очередь для снабжения теплоэлектростанций, как важный элемент создания экологически чистого транспорта. Международное энергетическое агентство IEA отводит природному газу важную роль в будущем энергетическом снабжении мира. Природный газ может внести существенный вклад в защиту климата, а также в обеспечение финансовой доступности будущего снабжения энергией. Это актуально и для производства электричества, и для производства тепла, и для транспорта. Как топливо для автомобилей газ, например, стал завоевывать все больше признания: он дает на 25 % меньше выхлопа углекислого газа по сравнению с бензином, а чистый биогаз понижает выхлоп углекислого газа на 97 %. По сравнению с дизельным топливом выброс оксида серы сокращается на 95 % и практически отсутствует сажа. [2, с 317].

По оценкам экспертов, в перспективе можно ожидать существенного технического прогресса в области возобновляемых источников энергии. В дальнейшем, как ожидается, доля ВИЭ увеличится в общем мировом объеме производства энергии. По прогнозам специалистов, к 2050 году возобновляемые источники энергии смогут обеспечивать до 80 % мирового спроса на энергию. Возобновляемая энергетика будет одной из наиболее привлекательных сфер для инвесторов: инвестиции в ВИЭ в период 2013–2020 годов составят $1,36–5,1 трлн., а в течение 2014–2030 — от $1,49 до 7,18 трлн. [2, с 318].

Кроме экономического эффекта, развитие ВИЭ способствует сокращению вредных выбросов. И это еще один стимул для роста инвестиций в данный сектор. В частности, совокупное сокращение выбросов парниковых газов за счет развития возобновляемых источников энергии составит 220–560 миллиардов тонн С02-эквивалента в 2013–2050 годы.

1. Рынок, деньги и кредит. Журнал. — Т.: To Print, 2013. — 72 с.

Без энергии жизнь человечества немыслима. Все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо – уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. На вопрос «что делать в преддверии энергетического кризиса?» уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии – альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые.

Какие же в настоящее время существуют основные альтернативные источники энергии?

Солнечная энергия

Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества (используя фотоэлектрические элементы).

К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатками солнечной энергии являются зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.

Варианты использования солнечной энергии:

Ветряная энергия

Одним их перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.

Если вам интересна тема использования энергии ветра, то посмотрите эти статьи:

Геотермальная энергия

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики.

Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому для отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Использование других видов альтернативных источников энергии:

Как видим, альтернатива традиционным источникам энергии – существует. И это вселяет надежду на то, что в будущем человечество сможет преодолеть энергетический кризис, связанный с истощением невозобновляемых источников энергии!

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях: