Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Возобновляемая энергия — это энергия, полученная из возобновляемых или неиссякаемых источников. Из-за цикличности протекающих в природе процессов некоторые источники пополняются на протяжении всего цикла, что позволяет регулярно использовать их в энергетике. Другие совершенно неисчерпаемы, что положительно сказывается на их глобальной доступности.

Какие есть источники энергии

Источники делятся на два основных типа:

• не возобновляемый;
• возобновляемый.

Первые включают ископаемое топливо, которое после добычи и потребления не пополняется природой. В настоящее время они представляют собой совокупное производство и потребление энергии. К ним относятся нефть, газ, уголь. Возобновляемые источники энергии обычно сокращаются до ВИЭ. Для них характерно размножение за счет естественных процессов, образованных действием следующих явлений: блики солнца, круговорот воды, сила тяжести, ветер.

Отличие от альтернативных источников

Альтернативные источники включают возобновляемые источники энергии и другие неископаемые энергии: водород, энергию деления. Целью альтернативных источников является поиск новых способов получения энергии, способных заменить традиционные. Разработка новых методов производства ведется с целью получения более рентабельной и менее вредной для окружающей среды операции. Возобновляемые источники энергии удовлетворяют обоим требованиям.

Подробная классификация и виды ВИЭ

Нетрадиционные источники энергии сгруппированы по двум критериям:

• посмотреть;
• явление.

Первая классификация используется редко из-за ее плохой практической применимости, она содержит три источника:

• механик;
• химик;
• термический.

Вторая классификация делит возобновляемые источники по явлениям:

• солнце;
• ветер;
• воды;
• тепло земли;
• биотопливо.

Солнечная энергия

Солнечные панели в Европе

Солнечный свет занимает первое место среди возобновляемых источников. Для извлечения энергии используются панели, на которых концентрируются солнечные лучи. Далее нагрев и последующее производство происходит за счет взаимодействия элементов панели — бора и фосфора.

Панели могут быть установлены на жилых домах, транспортных средствах, а также представляют собой полноценные солнечные электростанции. Некоторые параметры важны для размещения панелей: высота, климат, положение солнца. Полученная энергия используется для производства электроэнергии, тепла и воды для отопления. Мировая доля солнечной энергии составляет 1,3% — 301 ГВтч.

[красный] К недостаткам технологии можно отнести высокую стоимость, низкий КПД (до 20%), что приводит к низкой экономической целесообразности использования солнечных батарей. [/ red]

Энергия ветра

Ветряные турбины

Еще одно явление, широко используемое в качестве источника, — ветер. Он возникает из-за разницы давлений в атмосфере и имеет кинетический потенциал. Это используется в работе ветряных турбин (ВЭУ) — башен с вращающимися лопастями.

Основание башни неподвижное, плавающее. Развитие плавучих связано с тем, что оптимальным местом для установки ветряков является прибрежная зона в 10-12 километрах от берега. Стационарные размещаются в море, если позволяют глубина и рельеф дна, на ровной поверхности.

[зеленый] Главный недостаток ветра — непостоянство. Чтобы избежать этого фактора, инженеры заранее анализируют предполагаемую площадь расположения ветряка с учетом силы и направления ветра. Мировая доля ветроэнергетики составляет 2,6% — 600 ГВтч. [/ Green]

Использование водной энергии

для воды характерно то, что многие ее свойства используются одновременно для выработки энергии. Давление используется для запуска гидроэлектростанций — наиболее распространенный метод. Менее распространенные методы включают приливы, отливы, волны, течения, разницу температур на поверхности и на глубине.

[зеленый] Вода является возобновляемым источником по объему. Из всех источников гидроэлектроэнергия обеспечивает около 15%. Энергетическая стабильность обеспечивается круговоротом воды в природе. [/ Green]

Гидроэлектростанции в России

Энергия потока воды

Главный источник гидроэлектроэнергии — давление. Для этого строятся гидроэлектростанции (ГЭС), перекрывающие русла рек. Образовавшиеся резервуары и неравномерный уровень воды создают давление, заставляющее вращаться турбины, из которых генераторы вырабатывают электричество. Гидроэлектростанции представляют собой плотины и влекут за собой локальные изменения в экосистеме: блокирование доступа к нерестилищам, затопление территории, формирование новых мест обитания для водоплавающих птиц. На гидроэлектростанции предусмотрена возможность регулирования уровня водоснабжения и выработки энергии.

Гидроэнергетика обеспечивает 16% мирового производства энергии, или 25 тысяч ТВтч. Например, в Парагвае он обеспечивает 100% вырабатываемой энергии. Годовая выработка китайской ГЭС «Три ущелья» составляет 98 ТВт / ч, это самая мощная ГЭС в мире. [/ Green]

Энергия приливов и отливов

Из-за действия силы тяжести Луны и Солнца на Земле происходит явление приливов и отливов. Во время прилива уровень воды поднимается, по аналогии с действием гидроэлектростанции, во время отлива может генерироваться энергия. По этой причине в прибрежных районах строятся приливные электростанции (ТЭС) с генераторами и насосными агрегатами. Последние нужны при отсутствии приливов и отливов. Такие электростанции не распространены из-за дороговизны строительства и нестабильности работы.

Потенциальная волновая энергия

Аналогичным образом извлекается энергия из волновых движений. Проект волновой силовой установки, состоящей из поршней, помещенных в специальные отсеки, получил название «Морской змей». Внутри есть генераторы и гидромоторы. Когда волны проходят, кинетическая энергия преобразуется в электрическую за счет колебаний волн. Недостаток системы — неустойчивость к грозе.

Часть проекта волновой электростанции (Сочи)

Энергия градиента температуры в океане

Вода имеет разную температуру на поверхности и на глубине, что позволяет ей генерировать энергию. Для этого разработаны геотермальные станции, для которых подбирается подходящее место в океане. Для работы активно задействуется солнечная радиация, которая формирует температуру водной поверхности.

Геотермальная энергия недр Земли

Геотермальная станция в Исландии

Недра земли содержат огромное количество энергии, которая, в свою очередь, в некоторых местах взрывается в виде гейзеров и вулканов. Выбросы пара и воды в гейзерах используются для работы геотермальных электростанций (Geothermal Power Plants). Для доступа к источникам в недрах земли выкапывают колодцы глубиной до полутора километров. Вода предназначена для отопления или используется для выработки энергии.

Этот вид производства энергии является стабильным и, например, в Исландии обеспечивает четверть всей электроэнергии. Основное распространение геотермальные электростанции получили в районах действия вулканов и термальных источников. Помимо Исландии, значительная доля (более 10%) приходится на следующие страны: Филиппины, Сальвадор, Коста-Рика, Кения, Новая Зеландия, Никарагуа.

Биоэнергетика и биотопливо

Два тесно связанных понятия — это биоэнергетика и биотопливо. Биотопливо в этом случае является источником энергии. В состав топлива входит сырье, получаемое при переработке биологических отходов живого или растительного происхождения: этанол, метанол, биодизель.

Биотопливо принадлежит к одному из трех поколений:

Первое место по производству и потреблению биотоплива занимает Бразилия, на которую приходится до 45% мирового объема.

Плюсы и минусы использования ВИЭ

Возобновляемые источники энергии уменьшают негативное воздействие на окружающую среду, которое заключается в парниковом эффекте, за счет естественных возобновляемых ресурсов. Как и в других секторах экономики, энергетический сектор нуждается в диверсификации, чтобы избежать зависимости от одного вида сырья.

Среди негативных факторов на первый план выходит стоимость внедрения инфраструктуры, которая существенно влияет на конечную стоимость энергии. Многие виды возобновляемых источников энергии нестабильны и не могут регулярно удовлетворять спрос в необходимом объеме.

Применение в современной России

Солнечная электростанция на Урале

Ведущую роль в энергосистеме России играют нефть и газ, которые обеспечивают 75% потребления страны. Еще 15% приходится на уголь, только 10% — на возобновляемые источники энергии и атомную. Высокий уровень энергоснабжения делает промышленность менее восприимчивой к изменениям текущего равновесия. Россия обладает значительными запасами как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.

Две трети возобновляемых источников — это гидроэлектроэнергия. Остальные виды представлены в небольшом масштабе в разных регионах страны:

Мировые тенденции использования возобновляемых источников

С 21 века в мире наблюдается стремительный рост производства энергии из возобновляемых источников:

• энергия ветра выросла в 22 раза за 13 лет;
• солнечная энергия выросла в 430 раз за 10 лет.

[зеленый] В некоторых регионах приняты государственные программы по увеличению доли энергии, получаемой из возобновляемых источников, до 75-100%. Кроме того, инициатива исходит от крупнейших компаний, стремящихся получить 100% возобновляемые источники энергии: IKEA, Apple, Google. [/ Зеленый]

Необходимость внедрения возобновляемых источников энергии

Нетрадиционные виды энергии призваны заменить существующие, ресурсы которых ограничены. Своевременное внедрение возобновляемых источников энергии позволит избежать энергетического кризиса, экологических проблем планеты. Некоторые страны способны полностью покрыть свои потребности за счет возобновляемых источников энергии: Шотландия, Ирландия, Дания. Из-за нестабильности источников это происходит нерегулярно.

Статистика и прогнозы

Прогнозы различных специалистов по использованию возобновляемых источников регулярно корректируются. Коррекция связана с освоением нетрадиционных и традиционных методов. Одновременно с открытием новых методов добычи энергии ведется их совершенствование, разработка и ввод в эксплуатацию новых нефтяных и газовых месторождений. Согласно одному из прогнозов, к 2040 году на ВИЭ будет приходиться до половины мировой энергии.

Страны-лидеры в использовании возобновляемых источников энергии

Дом с солнечной панелью в США

Среди лидеров по использованию возобновляемых источников энергии выделяются как мировые державы, так и небольшие страны. Среди мировых держав лидируют США и Китай. Их лидерство выражается в количественных показателях, а не в показателях справедливости. Среди малых стран есть те, которые полностью или в основном обеспечивают себя возобновляемыми источниками энергии: Исландия, Дания, Уругвай, Коста-Рика, Никарагуа. Доля высока в развитых странах: Великобритании и Германии.

Возобновляемые источники будущего

Ярким примером среди хорошо известных возобновляемых источников будущего является водород. Элемент уже активно используется в ракетном топливе. Ведутся разработки для его широкого использования на транспорте. Сам по себе водород не имеет вредных выбросов в атмосферу, но в чистом виде активно не используется из-за горючести при контакте с воздухом, износа элементов двигателя при взаимодействии.

Перспективы ВИЭ

Примеры из России и Германии с точки зрения затрат на производство энергии показывают, почему доля возобновляемых источников энергии меньше, чем доля относительно невозобновляемых:

Минеральные ресурсы являются наиболее освоенным источником. По экономическим показателям конкурируют только гидроэнергетика и атомная энергетика. Основная стоимость возобновляемых источников энергии в несколько раз выше. [/ Block]

Следующая задача после энергоснабжения — это переход на возобновляемые источники. Технически переход на возобновляемые источники возможен, но экономически они проигрывают традиционным, поэтому полный переход в ближайшие десятилетия маловероятен. Это произойдет только в некоторых регионах с развитым высокотехнологичным сектором и недостатком невозобновляемых ресурсов: в странах Северной Европы.

Государственная поддержка влияет на внедрение возобновляемых источников энергии, правительства различных регионов имеют специальные программы для компаний, использующих энергию, полученную из возобновляемых источников. Такие программы включают гранты, льготное налогообложение для ответственных компаний.