Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Содержание статьи

Применение возобновляемых источников энергетики в РФ

На сегодняшний день мощность электрической энергетики государства находится в пределах 200 ГВт. При условии применения электрических станций, основанных на ВИЭ, к началу 2020 года их мощность может достигнуть показателя в 40 ГВт.

На ветровые станции приходится 20 ГВт, на ТЭС с основой в виде биологической массы – 13 ГВт; оставшаяся энергия будет получена от солнечных, геотермальных и небольших гидроэлектростанций.

По предположениям исследователей в этой области, к началу 2020 года от электростанций на основе ВИЭ можно будет получать до 13% всей электроэнергии.

Воплотить в жизнь сценарий по получению электроэнергии с помощью источников ВИЭ не составляет особого труда, тем более что его использование повлечет за собой заботу о защите окружающей среды.

Многие страны мира рассматривают возобновляемые источники энергетики, как источник большого количества электроэнергии. В РФ, к сожалению, подходят к этому вопросу с более скромными планами. Но наша выставка поставила задачу познакомить с самыми новейшими разработками и идеями как можно большее количество людей.

Больше о возобновляемой энергетике, её перспективах, недостатках, преимуществах, технологиях применяемых в этой области; можно узнать на ежегодной выставке «Электро».

Все о турбогенераторахГазотурбинная установкаДиодные лампы

Биоэнергетические установки

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

В результате переработки образуются два полезных продукта:

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

Использование продуктов переработки:

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

Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Рис. 12. Схема биоэнергетического комплекса

Достоинства установки:

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

Лучи Солнца

Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Посредством солнечных лучей на Землю переносится приблизительно 1000 кВт мощности ежегодно, что равно той энергии, которая выделяется при сгорании 100 л дизельного топлива. Это довольно большое количество, и его освоение занимает умы очень многих современных исследователей. Лучшим вариантом на сегодня для использования солнечного излучения являются солнечные батареи, часто объединенные по несколько десятков в большие блоки, так называемые панели. Принцип работы таких изделий простой — фотоны из лучей солнца, проходя через батареи, создают на полупроводниковом материале разность потенциалов, что и вызывает движение тока в электрической цепи.

Типичная батарея такого плана, имеющая площадь поверхности в 60–80 см2, при хорошей солнечной погоде может давать ток около 1 А, чего достаточно для зарядки мобильного телефона, прослушивания радио и других несложных задач. Если соорудить большую панель из 40–50 таких элементов, то можно получить, соответственно, источник энергии на 40–50 А тока и 20–25 В напряжения. Такой мощности будет достаточно уже и для более серьезных задач: освещения помещения, зарядки автомобильного аккумулятора. Чтобы покрыть нужды частного дома в электричестве, всю поверхность его крыши покрывают такими солнечными панелями.

Солнечная альтернативная электроэнергетика — неплохой вариант добычи электричества, но способ имеет несколько недостатков, главными среди которых можно назвать высокую стоимость организации своей электростанции, а также полную зависимость от погодных условий: в случае пасмурной погоды вырабатываемой мощности будет очень мало.

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника 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.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт 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.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения 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

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них 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.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как 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.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Энергетика России

Выработка электроэнергии на российских АЭС в 1992—2014 годах, млрд кВт*ч

Добыча газа в России, 2005—2015 гг.

Большая часть территории России находится в достаточно высоких северных широтах, а средняя скорость ветра на ней около 5.5 м/c , что в разы увеличивает себестоимость ветровой энергии по сравнению с западным побережьем Европы и США . Среди относительно населённых регионов России рентабельное развитие современной ветроэнергетики возможно на Сахалине и в Мурманской области, где средняя скорость ветра достигает 8 м/с .Несколько ветрогенераторов имеется в Крыму. Развитие относительно рентабельной солнечной энергетики возможно в Крыму, где построено 6 и работает 5 фотоэлектростанций , Калмыкии и Астраханской области.

В силу этого масштабное развитие альтернативной энергетики в России пока малоперспективно. Стоимость атомной электроэнергии «на машинах станции» в начале этого века в среднем составляла 19,2 копейки за 1 кВт.ч. Средняя стоимость энергии на ТЭС всех видов 36,6 коп./кВт.ч. Даже самая дешёвая энергия газовых станций (23,6 коп./кВт.ч) дороже атомной. Кроме того, газ ценный экспортный ресурс и его добыча не растёт. Развитие газовой энергетики ограничено относительно небольшими разведанными мировыми запасами газа. Остальные виды топлива дают более дорогую энергию и сильно загрязняют атмосферу углекислым газом. По стоимости энергии и экологичности (при отсутствии катастрофических аварий) с АЭС могут соперничать только ГЭС, но развитие гидроэнергетики ограничено наличием рек с большим стоком и перепадом высот. В свете вышесказанного развитию атомной энергетики в России трудно найти альтернативу. 1 ноября 2016 года в России началась промышленная эксплуатация реактора на быстрых нейтронах БН-800 . Электрическая мощность — 880 МВт. Этот реактор обеспечивает:

  • Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла.
  • Более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана, и обеспечение атомной энергетики России топливом на длительную перспективу за счёт своего воспроизводства.
  • Утилизацию отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах.
  • Утилизацию радиоактивных отходов путём вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония.

Если учесть, что в России в отличие от Италии, запретившей ядерную энергетику, зимой довольно холодно, то, возможно, стране следует сосредоточиться на более быстром развитии и внедрении технологий эффективной и насколько возможно безопасной ядерной энергетики. Иначе до возникновения проблем с углеводородами можно просто не успеть, а надежд на то, что Африка вскоре начнёт снабжать нас «чистой» и дешёвой солнечной энергией немного.

Ecosilico

Ecosilico запатентовали технологию на территории РФ и подали международную заявку в патентное ведомство. Стартап ведет переговоры с компаниями-переработчиками солнечных панелей в Европе, США и Латинской Америке. У проекта уже появился потенциальный партнер, который заинтересован в технологии.

О выручке говорить пока рано, но самый удобный вариант для стартапа с точки зрения бизнес-модели — это создание совместного предприятия с компанией-переработчиком и встраивание процесса в уже существующую систему.Из перспективных для своего развития рынков Ecosilico выделяет США и Китай, где уже чувствуют назревающую проблему с отходами отработанных солнечных панелей. В России этот вопрос пока не так актуален, зато Ecosilico может конкурировать с существующими методами производства силики. В рамках этого направления еще предстоит протестировать токсичность и безопасность полученного продукта, чтобы понять возможные ограничения на его применение.

Энергия солнца

По оценкам энергетиков, мировой спрос на солнечную энергию будет расти на 7% в год с 2017 по 2020 годы. При этом доля солнечной энергии в мировой выработке вырастет на 2%, до 3,5%.

Дешевое обслуживание солнечных панелей. Солнечная энергия — самая дешевая энергия в Европе после ветряной. У солнечной панели нет расходов на выработку энергии. Годовые затраты на обслуживание меньше 1% от стоимости покупки и установки. С 2000 года по 2016 год резко выросла конкуренция среди производителей солнечных панелей, которая снизила цены на поликремний — на 84% панель состоит из него, а также на другие комплектующие — стекло, инверторы и саму установку.

Высокая конкуренция и рост спроса. Рынок солнечной энергии растет за счет конкуренции: всё больше компаний производят и устанавливают панели. Это единственная из возобновляемых технологий, которая не требует больших затрат на доставку: солнечная панель устанавливается в месте потребления энергии, например, на крыше дома.

По данным Statista, в Китае в 2017 году установили больше всего солнечных панелей — 54%, в США — 10,82%, Индии — 9,29%. При этом в 2016 году доля Китая была на 9% меньше, но за 2017 год в стране установили 32% всех новых солнечных панелей в мире.

Распределенные системы хранения энергии

DESS локализует производство и хранение возобновляемой энергии, преодолевая перебои в производстве. Исходя из экономических и других требований, стартапы предлагают широкий спектр аккумуляторных и безбатарейных решений. Например, проточные батареи используют низкую и стабильную энергию, тогда как твердотельные батареи более легкие и обеспечивают высокую плотность энергии.

Для приложений, требующих большого количества энергии за короткий период времени, также используются конденсаторы и суперконденсаторы. Из-за проблем и опасений, связанных с разрядкой, безопасностью и загрязнением окружающей среды, стартапы разрабатывают альтернативные варианты хранения энергии без батарей, такие как технологии гидроперекачки и сжатого воздуха. С другой стороны, избыточная энергия преобразуется в другие формы энергии, такие как тепло или метан, для хранения и повторного преобразования с помощью технологии Power-to-X (P2X).

Стартап Green-Y Energy создает механическое накопление энергии

Швейцарский стартап Green-Y Energy разрабатывает технологию хранения энергии на сжатом воздухе. За счет увеличения плотности энергии при одновременном удвоении отвода тепла и холода запуск снижает необходимый объем накопителя, а также обеспечивает тепловую энергию и охлаждение для бытового использования.

Этот процесс также является экологически безопасным, поскольку единственными рабочими жидкостями являются вода и воздух. Кроме того, этот сжатый воздух хранится в надежных и недорогих промышленных емкостях под давлением. Это, следовательно, позволяет менеджерам зданий и домовладельцам интегрировать системы возобновляемой энергии.

MGA Thermal производит материал для хранения тепловой энергии

MGA Thermal — австралийский стартап, который занимается хранением тепловой энергии. Miscibility Gap Alloys, продукт стартапа, имеет фазу плавления и контакт с твердой фазой. При подаче тепла компонент плавящейся фазы накапливает энергию, в то время как компонент твердой фазы быстро распределяет тепло. Полученная модульная блочная структура демонстрирует высокую емкость хранения энергии при постоянной температуре.

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.

Так же читайте про варианты использования солнечной энергии:

Ветряная энергия

Одним из 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!

Ядерная энергетика

Ядерная энергетика обеспечивает стабильное энергоснабжение и позволяет практически неограниченно наращивать мощности, а при безаварийной работе не наносит ущерба окружающей среде. Эксплуатация атомной станции относительно дёшева, основные затраты идут на строительство. Стоимость строительства сегодня достигла 4000$/кВт в США, 2000$/кВт −4000$/кВт во Франции и 1600$/кВт в Китае. Главный недостаток ядерной энергетики в том, что в случае аварии значительная территория может быть подвергнута долговременному радиоактивному заражению. Поэтому ряд стран, в первую очередь с высокой плотностью населения, взяли курс на свёртывание ядерной энергетики.


Ядерная энергетика в мире. Синий — Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки. Голубой — Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Тёмно-зелёный — Нет АЭС, станции строятся. Светло-зелёный — Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Жёлтый — Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется. Красный — Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества. Чёрный — Гражданская ядерная энергетика запрещена законом. Серый — Нет АЭС.

Отказ от ядерной энергетики

Италия закрыла все имевшиеся АЭС и полностью отказалась от ядерной энергетики. Бельгия, Германия, Испания, Швейцария, Тайвань осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики. Многие другие страны, не имевшие АЭС, отказались от программ развития ядерной энергетики, что привело к сокращению доли ядерной энергетики в производстве энергии. Однако ведущие экономические державы, кроме Германии, не свёртывают ядерную энергетику, а Китай и Индия активно её развивают.

Немецкий энергетический поворот

Валовое производство электричества в Германии, 2004—2016 гг.

Немецкая программа энергетического поворота поставила цель к 2050 году обеспечивать потребности страны в энергии на 80 процентов из возобновляемых источников. В 2013 году 25 процентов потребляемой в стране электроэнергии производилось из возобновляемых источников. Однако цены на электроэнергию выросли и необходимы вложения для строительства новых электросетей.. Правительство Германии освобождает заводы по производству алюминия от «зелёных» наценок за электроэнергию для сохранения их конкурентоспособности.

Хотя рост доли ВИЭ в электроэнергетике значителен, говорить о переходе на возобновляемые источники пока не приходится. В 2016 году по сравнению с 2004 ВИЭ компенсировали сокращение ядерной энергетики, но доля потребления угля сократилась незначительно, а доля потребления газа даже выросла, ВИЭ включают в себя и сжигание биомассы. Таким образом, основная цель перехода на ВИЭ — сокращение выброса в атмосферу углекислого газа не достигнута.

Как инвестировать

Купить акции самому. В ветряном сегменте на долю двух компаний приходится 85% рынка. Лидер — датская Vestas, торгуется на европейских биржах. В Европе комиссия за сделку выше, чем в США. Но если вы планируете держать акции несколько лет, то эти расходы незначительны.

Вторая компания — GE Wind — входит в General Electric. Купить GE Wind отдельно нельзя, только в составе GE. А покупать акции GE ради доли в производителе ветряных установок нецелесообразно. General Electric производит множество товаров: от лампочек до двигателей для самолетов. Так что доля выручки в общих доходах компании небольшая.

Купить много компаний через фонд. Вы можете инвестировать самостоятельно в отдельные компании, но это рискованно. Для пассивных инвестиций в альтернативную энергетику подходящим вариантом станет покупка ETF фонда, который сам будет выбирать лидирующие компании сектора.

FFirst Trust ISE Global Wind Energy Index Fund. Фонд инвестирует в компании-производители турбин, лопастей, генераторов, инверторов и башен для строительства и запуска ветряной станции. Также в фонде есть сервисные компании, которые обслуживают станции. Всего в фонде 40 компаний. Он основан в июле 2008 года и к осени 2018 года собрал $83 миллиона. Это мало для ETF, поэтому вы скорее всего столкнетесь с недостатком ликвидности. То есть если захотите купить или продать долю, сделать это быстро вряд ли получится. Но если брать фонд на 3-5 лет, то это будет не так критично. Комиссия за управление — 0,6% в год.

Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Цена акций фонда First Trust ISE Global Wind Energy Index Fund за 5 лет

IInvesco Solar ETF. Фонд инвестирует в компании-производители солнечных панелей, стекла, поликремния и других материалов для их изготовления. Всего у фонда 24 компании. Он основан в 2008 году и к осени 2018 года собрал $318 миллионов. Комиссия за управление — 0,7% в год

Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Цена акций фонда Invesco Solar ETF за 5 лет

iiShares Global Clean Energy ETF. По этому фонду можно увидеть, как растет сектор возобновляемой энергетики, потому что в нем есть компании из нескольких сегментов: ветряного и солнечного, а также операторов гидроэлектростанций. Основан в 2008 году, сейчас в фонде $170 миллионов. Всего — 31 компания. Комиссия за управление — 0,7% в год.

Цена акций фонда iiShares Global Clean Energy ETF за 5 лет

Характеристика альтернативной энергетики

Какие существуют альтернативные источники энергии. описание и принципы их работы

Практически все источники альтернативной энергии выгодно отличаются финансовой доступностью и экологической чистотой. По сути, в данном случае происходит замена перерабатываемого ресурса (нефти, газа, угля и т. д.) на природную энергию. Это может быть солнечный свет, потоки ветра, тепло земли и другие естественные источники энергии за исключением гидрологических ресурсов, которые сегодня рассматриваются как традиционные. Концепции альтернативной энергетики существуют давно, однако по сей день они занимают небольшую долю в общем мировом энергообеспечении. Задержки в развитии данных отраслей связаны с проблемами технологической организации процессов выработки электричества.

Но чем обусловлено активное развитие альтернативной энергетики в наши дни? В немалой степени необходимостью снижения темпов загрязнения окружающей среды и в целом проблемами экологии. Также в скором будущем человечество может столкнуться с истощением традиционных ресурсов, используемых в производстве энергии. Поэтому, даже несмотря на организационные и экономические препятствия, все больше внимания уделяется проектам развития альтернативных форм энергетики.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector