Альтернативные источники энергии: обзор технологий

Основная классификация альтернативных источников энергии

№ п/п	Вид альтернативного источника энергии	Способ применения
1	Энергия солнечного излучения	Фотоэлектрическая панель (ФЭП) Солнечный коллектор Солнечная электростанция (СЭС)
2	Энергия ветра	Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) Ветряная электростанция (ВЭС)
3	Гидроэнергия	Гидроэлектростанция (ГЭС)
4	Энергия приливов и отливов	Приливная электростанция (ПЭС)
5	Энергия волн океанов и морей	Волновая электростанция (ВЭС)
6	Геотермальная энергия	Геотермальная станция (ГеоТЭС)
7	Энергия биомассы (биоэнергия)	Переработка твердых, жидких и газообразных видов биотоплива термохимическими, физико-химическими, либо биохимическими методами

Геотермальные станции

Геотермальная энергетика базируется на использовании естественого тепла Земли и горячих источников в ее недрах. Добываемый пар поступает по трубам на поверхность и вращает турбины. Стоимость электроэнергии включает в себя затраты на бурение скважин и очистку от газов, вызывающих коррозию металла. Но благодаря отсутствию котла, систем удаления дыма и топки издержки относительно невелики.

К недостаткам таких электроустановок относится высокое содержание растворенных в горячей воде вредных газов, которые могут привести к заражению окружающей среды, а также необходимость учета геологических и сейсмологических ограничений для недопущения провала грунта вокруг скважины.

Это интересно: Как выбрать газовую колонку: какая лучше и почему + видео

Использование энергии солнца в частном доме

Излучение Солнца как альтернативная возобновляемая энергия является самым перспективным заменителем традиционных энергоносителей.

В России в частных загородных домах альтернативную энергию Солнца можно использовать для производства электроэнергии (гелиобатареи) и для получения тепла, где используют солнечные коллекторы (происходит нагрев теплоносителя).

Солнце – отличный вариант альтернативного источника энергии

Готовые установки, перерабатывающие свет в электроэнергию, солнечные панели, можно приобрести для частного дома в готовом виде, но их стоимость высока.

Для изготовления гелиобатарей необходимо выполнить следующие работы:

• купить фотоэлементы (моно- или поликристаллические);
• спаять их вместе согласно схеме;
• изготовить каркас и коробку (обычно используют оргстекло);
• усилить металлическим уголком или фанерой корпус изделия;
• размесить спаянные фотоэлементы в подготовленном каркасе;
• смонтировать такую установку на штатном месте.

Монтаж батарей проводят на самом освещенном месте крыши, при этом следует продумать способ регулировки их наклона.

Солнечная энергетика при использовании в частном доме имеет много преимуществ по сравнению с традиционными энергоносителями:

• неисчерпаемость;
• большое количество;
• доступность в любом месте планеты;
• экологичность;
• отсутствие шумов;
• низкие эксплуатационные затраты;
• совершенствование технологий их производства.

Есть и недостатки у гелиоэнергетики:

• значительные вложения на начальном этапе;
• нестабильность поступления энергии (зависит от времени суток);
• высокая цена аккумуляторных батарей;
• использование редкоземельных и дорогостоящих ингредиентов в тонкопленочных солнечных панелях, что приводит к их удорожанию.

В России альтернативные возобновляемые источники используются и для выработки тепла, самый известный тепловой насос – это солнечный коллектор. С его помощью, как самостоятельной единицы, можно обогревать частный дом или использовать коллектор в сочетании с другими источниками тепла.

Солнечный коллектор является сложным инженерным устройством, который сделать самому не получится.

Возможности, предоставляемые альтернативными видами энергий

Человечество не представляет дальнейшего развития без сохранения темпов потребления энергии. Но движение в данном направлении ведет к гибели окружающей среды и серьезно скажется на жизни людей. Единственным вариантом, способным исправить ситуацию, представляется возможность использования нетрадиционных источников энергии. Ученые рисуют радужные перспективы, добиваются технологических прорывов в опробованных и инновационных технологиях. Правительство многих стран, понимая выгоды, вкладывает большие средства в исследования. Развивает альтернативную энергетику и переводит производственные мощности на нетрадиционные источники. На данном этапе развития социума, сохранить планету и обеспечить благополучие людей возможно лишь усиленно работая с альтернативными источниками энергии.

Тенденции развития альтернативной энергии

Альтернативная энергия – отличный выбор для многих стран. Традиционные источники остаются неприемлемыми по разным причинам. Крупные исследовательские группы продолжают разработки для получения дешёвого электричества. Они остаются сложными и медленно дают нужные результаты, но в ближайшем будущем можно ожидать осуществления планов. Какие причины побуждают к продолжению исследований?

• Экологическая чистота;
• Возобновляемые ресурсы;
• Выгодность вложений.

Экологическая чистота новых источников электроэнергии – главный показатель. Традиционные станции годами наносят непоправимый вред окружающей среде, постепенно разрушая и атмосферу, и гидросферу, и биосферу. Если не остановить этот процесс, через несколько десятилетий планета станет непригодной для жизни.

Риски

Рыночные риски. Получать энергию от альтернативных источников стали недавно. Поэтому, если затраты на их выработку окажутся выше планируемых, а эффективность ниже, то рынок вернется к традиционным источникам энергии: нефти, газу и углю. Кроме того, если ядерная энергия будет становиться безопаснее, и риск аварий будет снижаться — она может забрать себе большую часть рынка, поскольку ядерная энергия эффективнее, чем ветряная и солнечная.

Ценовые риски. Пока растут цены на нефть и газ, растут и инвестиции в энергию ветра и солнца. Но если цены на традиционное сырье начнут падать, то будут падать и вложения в альтернативное.

Торговые войны. Пошлины, запреты на торговлю и санкции могут вызвать перебои в поставках и усложнить ведение бизнеса. Например, на рынке солнечных панелей, 80% которых производится в Китае, может наступить кризис. А большинство производителей и так работают на грани окупаемости.

Политические риски. Производить электричество из солнца, ветра и воды стали больше из-за политического курса, который направлен на сокращение выбросов в атмосферу углекислого газа. А политической поддержки у альтернативной энергии всё меньше. Если она совсем прекратится, то инвестиции в сектор станут напрасны.

Виды, преимущества и недостатки разных альтернативных источников энергии

У каждого типа нетрадиционной энергетики есть свои плюсы и минусы, а также особенности организации процесса для получения электричества.

Солнечная энергия

Преобразование энергии солнца происходит с помощью особых технологий. Сложность обработки солнечной энергии выступает в качестве недостатка этого источника:

• излучение имеет низкую плотность и непостоянно, поэтому существующие технологии имеют ряд ограничений;
• в некоторых странах из-за низкого уровня солнечного излучения реализовать методику нецелесообразно.

Среди преимуществ можно выделить абсолютную экологическую безопасность солнечной энергии и отсутствие вмешательства в геологию Земли.

На солнечной энергии работают космические станции и спутники. Широкое распространение получили солнечные панели в некоторых странах – ими оснащают крыши домов.

Геотермальная энергетика

Геотермальный метод получения энергии построен на принципе преобразования тепла мантии и ядра Земли (чаще всего источником служат пароводяные резервы). Преобразование природного пара – процесс трудоемкий, так как требуется строительство труб и турбин, проводящих его с глубины от 2-3 км. Однако стоимость электроэнергии на выходе получается не слишком высокой.

Недостаток метода – вероятность оседания грунта и повышения сейсмической активности, поэтому в опасных районах этот источник альтернативной энергии неприменим.

Ветровая энергетика

Для реализации метода требуется ветряная электростанция. Одно из преимуществ такого источника энергии – это дешевое оснащение. Но недостаток – сильная зависимость от погодных условий, требуется постоянный контроль состояния. А еще ветровые электростанции могут создавать помехи для радиоволн.

Также для ветряных станций требуются большие площади, поэтому реализация в густонаселенных регионах затруднена. Однако ветряные источники энергии используются в некоторых странах Европы и Америки для снабжения небольших поселений.

Волновая энергетика

В этом способе для получения электричества используется энергия волн. В отличие от альтернативных источников, описанных выше, волновая энергия отличается большей ударной мощностью. Это самый многообещающий способ получения энергии в перспективе освоения океанов.

Самый яркий пример традиционного использования волновой энергии – гидроэлектростанции, но он не единственный. Целесообразно строительство волновых станций в районах с мощными приливами (колебание больше 4 м).

Среди недостатков можно выделить небольшую мощность, строительство только возле побережья, а также цикличность работы – всего 2 раза в сутки. Экологическая безопасность такого способа получения энергии под вопросом, ведь станции нарушают баланс соленой и пресной воды, что несет угрозу морской жизни.

Новейшая технология получения энергии волновым путем – аэро ГЭС. Они работают по принципу конденсации влаги из атмосферы, однако до внедрения этой технологии в жизнь еще далеко.

Градиент-температурная энергетика

В основе этого метода лежит баланс температур. Для строительства станций требуется морское побережье. Поглощая до 70% солнечной энергии, мировой океан становится отличным источником температурных ресурсов. Однако нагрев и выделение углекислой кислоты при обработке морской воды нарушают экологическую обстановку. Среди преимуществ можно выделить только то, что ресурс крайне обширен.

Биомассовая энергетика

Под этим понятием скрывается процесс гниения биологических отходов и ресурсов – в результате выделяется биологический газ с большим содержанием метана. Его можно использовать для обогрева помещений и выработки электричества.

Больше всего такой источник энергии используется в сельскохозяйственных предприятиях. Это безотходное производство, так как гниющие продукты потом используются для удобрения. Кроме растений и навоза, можно использовать быстрорастущие водоросли.

Главный недостаток теплового источника – КПД не превышает 6% и для обеспечения нужд мегаполиса энергией такой метод не подойдет.

Энергия молнии

Один из самых новых альтернативных методов получения электричества – сбор энергии молний, попадающих в землю. Пока что проект находится на стадии разработки – установки для улавливания молнии еще не готовы.

Это дорогостоящий, но окупающийся метод, ведь 1 молния способна обеспечить целый район крупного города энергией на некоторое время. Но уже сейчас можно выделить главный недостаток – зависимость от частоты гроз.

Что такое ветрогенераторы и как их использовать

Ветрогенератор – это оборудование, которое преобразует энергию ветра в электрическую. Плюс заключается в том, что источник электроэнергии есть всегда, и бесплатный. Но есть в этом случае и ограничение – по месту установки. Монтировать генераторы целесообразно в регионах, где среднегодовая скорость ветра достигает высоких отметок. Это равнинные и прибрежные районы.

Если вы решили купить ветрогенератор для дома, должны знать, что сам по себе он не даст никакого толку. Чтобы система работала полноценно, в нее должны входить следующие элементы:

• инвертор;
• контроллеры;
• аккумулятор;
• кабели;
• соединители и крепежи.

Сразу обозначим, что в эксплуатации ветрогенераторов может возникать ряд проблем, о которых следует знать, чтобы избежать впоследствии разочарования. Вот основные моменты:

• высокая стоимость оборудования;
• если среднегодовая скорость ветра в регионе маленькая, установка не окупится;
• оборудование работает шумно, поэтому устанавливать его нужно подальше от дома. Обычно ветряные электростанции устанавливают в полях, используют в промышленных целях. Это оптимальное решение для их применения.

Виды ветряных генераторов

По типу крепления ротора существуют модификации:

• Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
• Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.

По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.

Конструкция ветрогенератора

Конструкция ветрогенератора

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

• вышка – ставится в ветреной зоне;
• лопастный генератор;
• контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
• инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
• накопительный аккумулятор;
• резервуар для воды.

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.

Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:

1. Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
2. Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
3. Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
4. Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
5. Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
6. Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
7. Обточить края ветрового колеса при вращении.

Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.

Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.

Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.

Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.

Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.

Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.

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.[источник не указан 305 дней]

Виды альтернативной энергии

Альтернативная энергия продолжает распространяться. Причиной являются её явные преимущества перед традиционными источниками, которые сложно опровергнуть. В некоторых странах правительство ведёт сложные государственные программы с колоссальными денежными вложениями для постепенной замены, но пока результаты остаются незначительными.

• Энергия солнца;
• Энергия ветра;
• Энергия воды;
• Энергия земли;
• Энергия молнии;
• Энергия атома.

Бесконечные исследования позволяют сопоставить возможности, предлагаемые природой. Человечество продолжает искать новые направления, которые в будущем наверняка превратятся в идеальную замену традиционных источников. Подробное описание даст общую информацию, а также укажет, какие виды уже нашли применение в повседневной жизни населения планеты.

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

• микротурбинные электростанции;
• газотурбинные электростанции;
• паровые котлы;
• солнечные батареи;
• ветряки;
• тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

Сила воды

Если рядом с домом протекает ручей или речушка, водный поток можно с успехом использовать в качестве источника энергии. Вода значительно слабее ветра по запасу энергии, поэтому для получения альтернативного источника с желаемыми 2-3 кВт/ч электроэнергии необходимо обеспечить следующие характеристики движения потока:

• Перепад высоты или напор — не меньше 150 см, скорость течения не менее 70 см/с;
• Расход воды – не менее 1,5-2 м3/с;
• Диаметр рабочего колеса не менее 60 см.

Кроме изготовления самой конструкции альтернативного водяного привода, дополнительно придется построить запруду и обводной ливневый канал, что потребует значительных расходов.

В качестве самостоятельного источника энергии возможностей ручейка для обеспечения потребности дома будет явно недостаточно, а для использования полноразмерного пятикиловаттного привода потребуется как минимум оформить разрешение на использование водных ресурсов.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Зеленая экономика

Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Зеленая экономика

Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Зеленая экономика

Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

Использование энергии ветра

Если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела? Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветрогенератора. Это устройство обычно состоит из:

• генератора;
• высокой башни;
• лопастей, которые вращаются, улавливая ветер;
• батареи;
• системы электронного управления.

Принцип действия ветрогенератора довольно прост. Лопасти, вращаясь от сильного ветра, вращают валы трансмиссии( в простонародье – коробку передач). Они соединены с генератором переменного тока. Трансмиссия и генератор расположены в люльке или, по-другому, гондоле. Она может иметь поворотный механизм. Генератор подключен к управляющей автоматике и повышающему напряжение трансформатору. После трансформатора напряжение, увеличившее своё значение, отдается в общую систему электроснабжения.

Ветрогенераторы подходят для местности, где постоянно дует ветер

Поскольку вопросы создания ветрогенераторов изучаются довольно давно, существуют проекты самых разнообразных конструкций этих устройств. Модели с горизонтальной осью вращения занимают довольно большое пространство, а вот ветрогенераторы с вертикальной осью вращения гораздо компактнее. Разумеется, для эффективной работы устройства требуется достаточно сильный ветер.

Достоинства:

• отсутствие выбросов;
• автономность;
• использование одного из возобновляемых ресурсов;

Недостатки:

• необходимость в постоянстве ветра;
• высокая начальная цена;
• шум, издаваемый при вращении, и электромагнитное излучение;
• занимают большие площади.

Ветрогенератор необходимо разместить как можно выше, чтобы его работа была эффективной. Модели, которые имеют вертикальную ось вращения, компактнее, чем при горизонтальном вращении

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Зеленая экономика

Как государству продвигать экологическую повестку

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика

Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и . Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии

(Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Электричество из дерева

Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.

Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.

Так выглядит древесина после растворения лигнина

(Фото: САУ Nano / Empa)

Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.

Все ли так гладко?

Казалось бы, такая технология электроснабжения частного дома должна бы уже давно вытеснить с рынка традиционные централизованные методы обеспечения энергией. Почему же этого не происходит? Есть несколько аргументов, которые свидетельствуют не в пользу альтернативной энергетики. Но их значимость определяется в индивидуальном порядке — для части владельцев загородных домов актуальны одни недостатки и совсем не представляют интереса другие.

Для больших загородных коттеджей может стать проблемой не слишком высокий КПД альтернативных энергетических установок. Естественно, локальные гелиосистемы, тепловые насосы или геотермальные установки не могут сравниваться с продуктивностью даже самых старых ГЭС, ТЭЦ и тем более — атомных электростанций.Впрочем, этот недостаток часто минимизируется за счет установки двух или даже трех систем, использованием их больше мощности. Следствием этого может стать другая проблема — для их монтажа потребуется более обширная площадь, выделить которую получается не во всех проектах домов.

Для бесперебойного обеспечения привычного для современного дома числа бытовых приборов и отопительной системы требуется большая мощность. Поэтому в проекте должны предусматриваться такие источники, которые смогут продуцировать такую мощность. А это требует солидных капиталовложений — чем мощнее оборудование, тем оно дороже.

Кроме того, в некоторых случаях (например, при использовании энергии ветра) источник может не гарантировать постоянства выработки энергии. Поэтому необходимо оснастить всю коммуникацию накопительными устройствами. Обычно с этой целью устанавливаются аккумуляторы и коллекторы, что влечет все те же дополнительные расходы и необходимость в выделении большего количества квадратных метров в доме.

Мощь ветра

Современные ветроэнергетические установки различных типов используются прежде всего для выработки электроэнергии.

Подобные ветрогенераторы имеют мощность почти в 50кВт, что дает возможность им успешно справляться с задачами энергообеспечения коттеджа или дачного домика.

Кроме того, при помощи ветродвигателей приводят в движение специальные насосы, чтобы выкачивать воду из различных источников.

Широко известны три вида ветродвигателей.

1. Крыльчатые малолопастные, их называют еще скоростными, потому что у них высокий КПД. Но начальный запуск самого двигателя затруднен вследствие малых поверхностей у лопастей.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   Они еще создают повышенную степень шума при сильных ветрах.

Крыльчатые многолопастные ветродвигатели обычно запускают при скорости ветра примерно 3 м/с, почему и получили наименование тихоходные.

Лопасти данного устройства имеют форму как бы слегка выгнутого листа, и они монтируются на самом ветровом колесе. Подобные устройства не создают шума.

У них помимо преимуществ есть и недостатки, например:

• низкий КПД;
• весьма повышенная материалоемкость;
• а также гироскопический момент.

В карусельных же ветродвигателях лопасти двигаются не по прямой, а кругообразно, как в карусели.

Они очень эффективно работают в период равномерной скорости ветров, не имеют гироскопического момента, весьма легко запускаются, шумов не имеют, однако у них есть немалый недостаток —это низкий КПД.

Степень эффективности малых ВЭУ существенно возрастает при применении:

• фотоэлектрических панелей;
• надежных гелиевых аккумуляторов;
• различных источников бесперебойного питания.

За счет аккумуляторных батарей, которые входят в состав этой ветроэнергетической системы, можно будет запасать электроэнергию во время сильного ветра и отдавать ее в период безветрия.

В российских погодных условиях такие ветроэнергетические установки способны работать на всю мощность приблизительно 25% дней в году, вот почему надеятся на них как на лишь единственный источник энергии довольно рискованно.

Хотя перспективы использования ВЭУ постоянно растут, поскольку сами бытовые и осветительные аппараты и приборы становятся экономичнее.

Например, потребление электроэнергии различными телевизорами, компьютерами, особыми циркуляционными насосами для отопительных систем, всякими устройствами в системах охраны и сигнализации за последние пять – восемь лет уменьшилось примерно в 5 раз, а разными осветительными лампами же от 5 до 50 раз.

Если использовать все уже перечисленные источники электроэнергии, то мы сможем получать даже избыточный объем электричества для своих домов.

Мы будем иметь полную независимость от всяких других источников энергии

И важно помнить, что такие источники электроэнергии не наносят ущерб окружающей среде, и они возобновляемые

Просмотров: 510