Альтернативная энергетика последнее десятилетие. Примеры использования возобновляемой энергии

Возобновляемая энергия – та, что добывается из пополняемых или неисчерпаемых источников. За счет циклического характера процессов, протекающих в природе, некоторые источники пополняются при прохождении полного цикла, что позволяет использовать их регулярно в энергетической отрасли. Другие вовсе неисчерпаемы, что положительно влияет на их доступность в глобальном масштабе.

Какие бывают источники энергии

Источники делятся на два основных вида:

• невозобновляемые;
• возобновляемые.

Первые включают ископаемые виды топлива, которые при добыче и израсходовании не восполняются природой. На данный момент они составляют ¾ от общего объема выработки и потребления энергии. Среди них нефть, газ, уголь. Для возобновляемых обычно используется аббревиатура ВИЭ. Для них характерно воспроизведение за счет естественных природных процессов, образуемых за счет действия следующих явлений: свечение солнца, круговорот воды, сила гравитации, ветер.

Отличие от альтернативных источников

Альтернативные источники включают возобновляемые и другие неископаемые виды энергии: водород, энергия расщепления. Назначение – поиск новых способов получения энергии, способных заменить традиционные виды. Разработка новых методов выработки ведется с целью получения более выгодных при эксплуатации и менее вредных для экологии. Возобновляемые отвечают обоим требованиям.

Подробная классификация и виды ВИЭ

Нетрадиционные источники энергии группируются по двум признакам:

• явление.

Первая классификация используется редко из-за низкой практической применимости, содержит три источника:

• механические;
• химические;
• тепловые.

Вторая классификация разделяет возобновляемые источники по явлениям:

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

Энергия солнечного света

Солнечные панели в Европе

Ведущее положение среди возобновляемых источников занимает солнечный свет. Для извлечения энергии используются панели, на которых концентрируются солнечные лучи. После этого происходит нагревание и последующая выработка за счет взаимодействия элементов панели: бора и фосфора.

Панели могут устанавливаться на жилые дома, транспорт, а также составлять полноценные солнечные электростанции. Для размещения панелей важен ряд параметров: высота, климат, положение солнца. Используется полученная энергия для выработки электричества, отопления и нагрева воды. Мировая доля солнечной энергетики составляет 1,3% – 301 ГВт/ч.

Среди недостатков технологии выделяют высокую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (до 20%), что приводит к низкой экономической целесообразности использования солнечных панелей.

Энергия ветра

Другое явление, широко применяющееся в качестве источника, – ветер. Он возникает за счет разницы давления в атмосфере и обладает кинетическим потенциалом. Это используется при работе ветроэнергетических установок (ВЭУ) – башни с вращающимися лопастями.

Основание башни бывает стационарным, плавучим. Разработка плавучих связана с тем, что оптимальное место установки ВЭУ – прибрежная зона в 10-12 километрах от берега. Стационарные размещают в море, если глубина и рельеф дна позволяют, на равнинной местности.

Главный недостаток ветра – непостоянность. Для избегания этого фактора инженеры заранее анализируют предполагаемую область размещения ВЭУ с учетом силы и направления ветра. Мировая доля ветряной энергетики составляет 2,6% – 600 ГВт/ч.

Использование энергии воды

Для воды характерно то, что сразу несколько ее свойств используются для получения энергии. Напор используется для работы гидроэлектростанций – самый распространенный способ. Менее распространенные методы связаны с приливами, отливами, волнами, течениями, разницей температур на поверхности и глубине.

Вода – возобновляемый источник, составляющий ¾ от объема. Среди всех источников гидроэнергетика дает примерно 15%. За счет круговорота воды в природе обеспечивается энергетическая стабильность.

ГЭС в России

Энергия водного потока

Основной источник в гидроэнергетике – напор. Для этого строятся гидроэлектростанции (ГЭС), перекрывающие русла рек. Образовывающиеся водохранилища и разница уровней воды создают напор, вращающий турбины, от которых генераторы вырабатывают электричество. ГЭС представляют собой плотины и влекут локальные изменения : перекрытие доступа к нерестилищам, затопление территории, образование новых мест обитания водоплавающих. На ГЭС предусмотрена возможность регулирования уровня подачи воды и выработки энергии.

Гидроэнергетика обеспечивает 16% мирового производства энергии, что составляет 25 тысяч ТВт/ч. Например, Парагваю она дает 100% вырабатываемой энергии. Годовая выработка китайской ГЭС «Три ущелья» составляет 98 ТВт/ч – это самая мощная ГЭС в мире.

Энергия приливов и отливов

За счет действия гравитации Луны и Солнца на Земле существует явление приливов и отливов. Во время прилива уровень воды поднимается, по аналогии с действием ГЭС во время отлива может вырабатываться энергия. Для этого в прибрежных районах сооружают приливные электростанции (ПЭС) с генераторами, насосными установками. Последние необходимы в период отсутствия приливов и отливов. Такие электростанции не распространены из-за высокой стоимости строительства, нестабильности работы.

Потенциальная энергия волн

По аналогичной схеме извлекается энергия из волновых движений. Конструкция волновых электростанций, состоящая из поршней, размещенных в специальных отсеках, называется «Морской змей». Внутри них – генераторы и гидравлические двигатели. При прохождении волн кинетическая энергия трансформируется в электрическую за счет волновых колебаний. Недостаток системы – неустойчивость к штормам.

Часть проекта волновой электростанции (Сочи)

Энергия температурного градиента в океане

Вода имеет разную температуру на поверхности и на глубине, что позволяет генерировать энергию. Для этого разрабатываются геотермальные станции, для которых выбирается подходящее место в акватории океана. Для работы активно задействуется солнечное излучение, которое формирует температуру поверхности воды.

Геотермальная энергия недр Земли

Геотермальная станция в Исландии

Земные недра содержат огромное количество энергии, которая сама в некоторых местах вырывается наружу в виде гейзеров и вулканов. Пар и выбросы воды в гейзерах используются для работы геотермальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС). Для доступа к источникам бурятся скважины к недрам земли глубиной до полутора километров . Вода подается для отопления или используется для выработки энергии.

Данный вид получения энергии отличается стабильностью и, например, в Исландии дает четверть всего электричества. Основное распространение ГеоТЭС получили в местах действия вулканов и горячих источников. Кроме Исландии, велика доля (более 10%) в следующих странах: Филиппины, Сальвадор, Коста-Рика, Кения, Новая Зеландия, Никарагуа.

Биоэнергетика и биотопливо

Два понятия, тесно связанные друг с другом, – биоэнергетика и биотопливо. Биотопливо в данном случае – источник энергии. К топливу относится сырье, получаемое при переработке биологических отходов живого или растительного происхождения: этанол, метанол, биодизель.

Биотопливо принадлежит к одному из трех поколений:

Ведущее место в производстве и потреблении биотоплива занимает Бразилия, на долю которой приходится до 45% мирового объема.

Плюсы и минусы использования ВИЭ

ВИЭ снижают негативное влияние на окружающую среду, заключающегося в парниковом эффекте, за счет восстанавливаемых естественным образом ресурсов. Как и для других отраслей экономики, энергетике необходима диверсификация, позволяющая избежать зависимости от одного вида сырья.

Из негативных факторов на первый план выходит стоимость внедрения объектов инфраструктуры, которая значительно влияет на итоговую стоимость энергии. Многие виды ВИЭ имеют нестабильный характер и не могут на регулярном уровне обеспечивать потребности в требуемом объеме.

Применение в современной России

Ведущую роль в энергосистеме России играют нефть и газ, обеспечивающие 75% потребления страны. Еще 15% дает уголь, только 10% – ВИЭ и атомная энергетика . Высокая степень обеспеченности энергоресурсами делает отрасль маловосприимчивой к изменению текущего баланса. России располагает значительными запасами как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.

Из возобновляемых источников две трети – гидроэнергетика. Остальные виды в незначительных масштабах представлены в разных регионах страны:

Мировые тенденции использования возобновляемых источников

Начиная с XXI века в мире произошел стремительный рост выработки энергии из возобновляемых источников:

• в 22 раза за 13 лет выросла ветряная энергетика;
• в 430 раз за 10 лет выросла солнечная энергетика.

В некоторых регионах приняты государственные программы, призванные увеличить долю энергии, получаемой из возобновляемых источников до 75-100%. Также инициатива исходит от крупнейших корпораций, стремящихся получать 100% из ВИЭ: IKEA, Apple, Google.

Необходимость внедрения ВИЭ

Нетрадиционные виды энергетики призваны заменить действующие, ресурсы которых ограничены. Своевременное внедрение ВИЭ позволит избежать энергетического кризиса, экологических проблем на планете. Некоторые страны способны полностью покрыть свои потребности за счет ВИЭ: Шотландия, Ирландия, Дания. Из-за нестабильного характера источников это не происходит на регулярной основе.

Статистические данные и прогнозы

Прогнозы разных специалистов относительно использования возобновляемых источников регулярно корректируются. Коррекция связана как с развитием нетрадиционных способов, так и традиционных. Одновременно с открытием новых способов выработки энергии, совершенствованием методов, осуществляется разработка и ввод новых месторождений нефти и газа. По одному из прогнозов к 2040 году на ВИЭ придется до половины мирового объема энергетики.

Страны-лидеры по использованию ВИЭ

Дом с солнечной панелью в США

Среди лидеров по применению ВИЭ выделяются как мировые державы, так и малые страны. Среди мировых держав лидеры – США и Китай. Их лидерство выражается в количественном, а не долевом соотношении. Среди малых стран есть те, которые полностью или большей частью обеспечивают себя за счет возобновляемых источников энергии: Исландия, Дания, Уругвай, Коста-Рика, Никарагуа. Высока доля в развитых странах: Великобритании и Германии.

Возобновляемые источники будущего

Яркий пример среди известных возобновляемых источников будущего – водород. Элемент уже активно применяется в ракетном топливе. Ведутся разработки для его широкого применения в транспорте. Непосредственно водород не имеет вредных выбросов в атмосферу, но в чистом виде активно не применяется из-за воспламеняемости при контакте с воздухом, износа элементов двигателя при взаимодействии.

Перспективы ВИЭ

Примеры России и Германии в значении себестоимости производства энергии показывают причину, по которой возобновляемые источники составляют меньшую долю относительно невозобновляемых:

Источник	Себестоимость 1 КВт/ч в России (руб.)	Себестоимость 1 КВт/ч в Германии (евро)
Уголь, нефть, газ	0,22-0,35	0,03-0,05
Атомная	0,20-0,50	0,03
Вода	0,15-0,20	0,04
Ветер	0,30-0,90	0,09
Солнце	0,35-1,50	0,54

Исчерапемые ресурсы – наиболее освоенный источник. По экономическим показателям конкуренцию составляет только гидроэнергетика и атомная. Себестоимость от возобновляемых выше в несколько раз.

Возобновляемые источники энергии с их технологиями производства и применения признаны мировым сообществом в результате загрязнения использования ископаемых видов топлива как альтернативный вид топлива.

Слово «возобновляемые» означает, что они не полагаются на источники, которые ограничены в количестве , они полагаются на практически неисчерпаемое Солнце.

Во всех случаях энергия огромна, но она распределена по территории и нестабильна поэтому, в основном, себестоимость дорогая.

Прискорбно, но это делает большинство возобновляемых источников энергии нерентабельными для крупномасштабных проектов, за исключением гидроэнергетики, где природа сконцентрировала возобновляемые энергоресурсы. Гидроэнергетика имеет много привлекательных и ценных функций, но законы физики неумолимы.

К возобновляемым ресурсам относятся

Гидроэнергетика

Гидроэлектростанции (ГЭС для краткости) являются прочно установившимся и надежным возобновляемым источником энергии, который поставляет большую часть электрической энергии в горных странах, как Норвегия и Швейцария.

Однако во всем мире есть ограничение по количеству подходящих гор и не получается поставлять более чем около трех процентов мировых энергетических потребностей.

Электроэнергия, произведенная на ГЭС должна передаваться на большие расстояния и линии электропередач должны иметь малые потери.

Возобновляемые источники энергии как является относительно безопасным, с показателем смертности около четырех несчастных случаев за тысячу мегаватт. Плотины, которые держат воду должны быть надежны и не представлять опасность в случае разрушения. Однако иногда случается, особенно с земляной плотиной, что вода начинает сочиться через небольшие каналы, постепенно ослабляя плотину, пока не прорвёт. Стена воды затем сметает все на своем пути. В период с 1969 более чем восемь плотин разрушено, со средним числом погибших более чем 200 человек. Озера у плотины обеспечивают среду обитания для диких животных и могут быть популярным для людей. Однако во время засухи уровень воды падает и предоставляет уродливые полосы грязи. Кроме того эти озера могут уничтожить живописные долины с деревнями и ценными сельскохозяйственными землями.

Ветер

Из остальных источников возобновляемой энергии ветер является наиболее перспективным. Ветряные мельницы использовались с древних времен, и теперь ветровые генераторы привычная картина в сельской местности. Они имеют несколько недостатков, однако, основной, что ветер не постоянен и выходная мощность колеблется. При порывах ветра колебания усиливаются, потому что выходная мощность пропорционально кубу скорости ветра. Это означает, что энергия доступна только в течение ограниченного диапазона скоростей ветра, когда скорость мала производится очень мало энергии. В то время если будет ураган, то превышается предел безопасности и необходимо избежать катастрофического ущерба.

Общие ресурсы ветра в большинстве не удовлетворяют все наши энергетические потребности, и не всегда могут быть реализованы из-за высокой стоимости (два или три раза дороже угольной энергетики), ненадежностью и необходимости большого количество необходимых земель. Это однако может внести полезный вклад, если затраты могут быть значительно снижены.

Энергия ветра удивительно опасна: пять несчастных случаев на тысячу мегаватт. Это из-за большого количества турбин, которые неизбежно опасные. Кроме того есть опасность при строительстве и техническом обслуживании.

Экологическое воздействие ветровых турбин все шире признается. Они должны быть построены на открытых позициях, где их можно увидеть на много км вокруг. Они излучают стойкий жужжащий звук, который люди, живущие по соседству считают нетерпимым. Часто люди, которые переехали для спокойствия, вынуждены покидать место с ветроэлектростанциями. Ветровые электростанции могут быть построены вдоль берега, но это увеличивает стоимость и может представлять опасность для судоходства.

Несмотря на интенсивную работу в течение многих лет возобновляемые источники энергии в виде ветров все еще нерентабельны, и в большинстве случаев они опираются на массовые государственные субсидии. Исследования продолжаются, чтобы преодолеть эти трудности, но пока неразумно развертывать ветровые турбины в больших масштабах.

Против ветровой энергии иногда утверждается, что лопасти убивают большое количество птиц, согласно оценкам, около 70 000 в год в Соединенных Штатах. Эта цифра соответствует числу убитых птиц на автомагистралях машинами.

Приливные

Некоторые реки лиманы формируются так, что они подвергаются высоким приливам. Когда высокий прилив, морская вода поступает на определенное расстояние от моря. Во время отлива вода снова течет обратно к морю. Этот поток воды может вращать турбины и генерировать электричество. Такое устройство работает в устье реки ла-Ранс во Франции в течение многих лет производя 65MW. Это надежный источник, хотя пиковые периоды варьируются в зависимости от Луны и Солнца, поэтому электричество не всегда доступно когда это нужно.

Стоимость производства примерно вдвое дороже от обычной электростанции. Это практически осуществимо, но вряд ли привлекательно для перспективы.

Волна

Возобновляемые ресурсы как использование волн огромны, но трудно сосредотачиваемые. Построено несколько устройств для этого, но результат не является экономически эффективным.

Одно такое устройство, стоимостью более миллионов долларов в Великобритании имеет мощность 75 кВт, достаточно только для 25 внутренних электрических нагревателей.

Опасность в том, что огромные волны могут появиться на милость бури, которые могут уничтожить оборудование в течение нескольких минут.

Солнечная

Солнце излучает энергию на землю в среднем около 200 ватт на квадратный метр так, что это возобновляемые ресурсы, которые мы получаем пропорционально площади. По оценкам, для удовлетворения энергетических потребностей четырех домов требует коллектор с размером большого радиотелескопа. Солнечный свет может использоваться непосредственно для нагрева воды, циркулирующей в трубах на крыше. Этот процесс разумен экономически и широко используется. Тем не менее, должен быть дополнительный источник топлива, когда солнце не светит. Можно сфокусировать солнечные лучи на котле из сотен зеркал. Производство пара может использоваться для привода малых турбин для выработки электроэнергии. Недостатком является то, что зеркала должны постоянно быть повернуты дорогостоящими сервомеханизмами, чтобы сконцентрировать лучи солнца на бойлере. Так что этот весь процесс является нерентабельным.

Электричество можно также получить с помощью фотоэлектрических элементов. Это дороговато, чтобы сделать производство электроэнергии с необходимым напряжением. Это экономически не выгодно для крупномасштабного производства, но очень полезно для выработки электроэнергии в тех случаях, когда другие источники невозможны или практически нецелесообразны, например, для спутников или светофоров в отдаленных районах.

Таким образом, возобновляемые ресурсы в виде солнечных лучей, имеют небольшие приложения, которые несомненно будут разрабатываться для уменьшении стоимости светоэлектрических элементов. Пока это не совсем практический экономический возобновляемый источник энергии для основных потребностей.

В некоторых местах горячая вода бьет из земли. Это может использоваться в качестве возобновляемых ресурсов, но в небольших масштабах в весьма немногих местах. В других местах можно просверлить две близлежащих скважины и затем перекачивать воду вниз, где жарко и извлекать с другой трубы. Пройдя через скалы, вода нагревается и это является источником возобновляемой энергии. Однако если тепло близко и быстро используется вверху, то только тогда есть польза.

Испытания показывают, что этот процесс является абсолютно нерентабельным.

Себестоимость производства энергии

В нашем обществе цена ресурсов и себестоимость имеют решающее значение. Даже небольшой разницы в цене достаточно, чтобы одно возобновляемое сырье превалировало над другим. С возобновляемыми источниками энергии положение является более сложным, потому что выбор зависит от взвешивания преимуществ и недостатков каждого источника. Это сложно, потому что они часто несоизмеримы: сколько, например, готовы мы платить за повышенную безопасность или уменьшить воздействие на окружающую среду? И наконец невозможно оценить стоимость нарушения экологии, например, из-за глобального потепления и изменения климата. Эти расходы могли бы быть величайшими из всех.

Иногда говорят, что исследования будут совершенствовать существующие источники и тем самым устранят текущие недостатки. Как правило, это верно.

Но в некоторых случаях недостаток является следствием законов физики, и тогда его никогда не преодолеть. Примером является колеблющийся характер энергии ветра. Это просто не возможно поддерживать ветер постоянным все время.

Во всем мире потребность в возобновляемом сырье настолько актуальна, что важно использовать существующие природные возобновляемые источники энергии и они имеют перспективы развития. Конечно, необходимо продолжать исследования в области новых источников, но мы не можем ждать. Уже в течение многих лет миллионы людей страдают от нехватки энергетических ресурсов.

Исследования показывают, что все возобновляемые и невозобновляемые ресурсы имеют серьезные недостатки: нефть и природный газ быстро заканчиваются. В любом случае, всё ископаемое топливо загрязняют землю, особенно уголь. Гидроэнергетика является ограниченной, ветровая и солнечная энергия являются ненадежными.

Если это конец истории будущее будет мрачным. Однако есть еще один

Энергия, полученная за счёт возобновляемых источников, сегодня уже не просто предмет научных изысканий, а фактор, меняющий расклад сил на энергетических рынках, оказывающий давление на цену традиционных энергоносителей и определяющий экономическое будущее стран. Страны – импортёры традиционного топлива становятся всё более независимыми в своей энергетической политике от странэкспортёров, а те, в свою очередь, теряют основные рычаги влияния. Мир меняется, и ископаемое топливо постепенно перестаёт быть определяющим фактором геополитики: борьба за месторождения нефти и газа начинает уходить в прошлое.

Текст: Екатерина Борисова

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относятся энергия солнца, ветра, воды (включая энергию приливов), геотермальная энергия. Как возобновляемый источник энергии также используется биомасса, из которой производятся биоэтанол и биодизель. Причём это необязательно должны быть специально выращенные для получения энергии растения. Источниками энергии могут выступать водоросли, отходы производства и потребления.

В России возобновляемые источники энергии в зависимости от подхода представлены либо широко, либо вообще никак. Например, согласно данным Минэнерго доля ВИЭ в энергобалансе России составляет около 18%. Из них 17% приходится а энергию, вырабатываемую за счёт крупных гидроэлектростанций. Однако чаще, когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, вклад крупных ГЭС не учитывается, так какидоля крупной гидроэнергетики обычно упоминается отдельной графой. Исходя из этих позиций, доля ВИЭ в России – меньше 1%. Это, конечно, несравнимо с развитием энергетики на основе ВИЭ в других ведущих странах мира.

ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ… КИТАЙ
На первом месте по инвестиционным вложениям в развитие новых технологий в сфере энергетики стоят Китай, США и страны Евросоюза. Китай, являясь лидером по выбросам парниковых газов за счёт сжигания на своих тепловых станциях преимущественно угля, тем не менее, лидирует и в так называемых зелёных инвестициях. В 2013 году он впервые стал лидером по объёму инвестиций в «зелёную энергетику», несмотря на общемировое снижение инвестиционной активности в этой сфере. В 2013 году инвестиции КНР оценивались в 56,3 миллиарда долларов, что составляет 61% от общего объёма инвестиций по развивающимся странам. И это больше, чем инвестировали европейские страны вместе взятые. Более того, эти инвестиции впервые в истории превысили вложения Китая в топливную энергетику.

К 2020 году Китай предполагает повысить долю неисчерпаемых источников энергии до 15% и снизить углеродоёмкость экономики на 40–45% относительно уровня 2005 года. Это очень позитивные для всей планеты планы, если учесть, что треть ежегодно выделяющихся парниковых газов появляется за счёт работы именно китайской индустрии. Уже к концу 2015 года доля неископаемого топлива в структуре потребления этой страны была увеличена до 12%, а потребление угля уменьшилось на 1,7 процентных пункта (до 64,4%). Эти данные сообщил начальник Государственного управления по делам энергетики КНР Нур Бекри.

Во многом благодаря таким активным действиям Китая рост мировой экономики в 2014 году впервые (!) не сопровождался ростом выбросов углекислого газа. Это свидетельствует из отчёта, представленного организацией «Сеть по политике возобновляемой энергии для XXI века», которая работает под эгидой ООН.

Согласно предположениям Всемирного фонда дикой природы (WWF), к 2050 году 80% китайской энергетики может быть переведено на ВИЭ, если программы по развитию энергоэффективности не будут тормозиться. В результате эмиссия углерода от производства энергии к 2050 году может быть на 90% меньше, чем в настоящее время, без ущерба для стабильности электрической сети или замедления экономического роста. Возможно, этот прогноз слишком оптимистичный, но само по себе его появление показательно: китайский размах по внедрению ВИЭ поражает многих.

Сегодня не только развитые, но и многие развивающиеся страны имеют в своих планах энергетического развития обязательный пункт об увеличении доли ВИЭ. Даже Индия, в которой потребление самого грязного вида топлива – угля – до сих пор лишь росло, планирует к 2030 году увеличить общий объём вырабатываемой на основе ВИЭ (включая ГЭС) электроэнергии со 130 ГВт до 400 ГВт и уже сейчас значительно обогнала нас по этим показателям.

Ведущие мировые энергетические концерны также всё больше смещают акцент своих исследований и производств на возобновляемые источники энергии. Так, французская нефтегазовая компания Total приобрела контрольный пакет акций американской Sunpower, которая производит солнечные батареи.

ПОЧЕМУ ЭТО ТАК ВАЖНО?
Традиционное, ископаемое топливо, как известно, имеет тенденцию к исчерпанию, а его сжигание усугубляет парниковый эффект на планете. Две трети выбросов парниковых газов, которым мы обязаны глобальному потеплению, приходятся именно на традиционную энергетику. Дальнейшее повышение приземной температуры и повышение концентрации СО2 с большой вероятностью приведёт к фатальным последствиям не только для некоторых видов флоры и фауны, но и негативно скажется на благополучии населения многих стран. В частности, повышение кислотности верхнего слоя океана из-за дальнейших выбросов СО2 будет сопровождаться массовой гибелью значительной части морской биоты и в первую очередь кораллов, что повлечёт за собой разрушение экономики многих развивающихся государств, основанной на туризме и прибрежном рыболовстве. Таяние ледников и вызванное этим повышение уровня Мирового океана будет означать в некоторых случаях затопление прибрежных территорий и даже целых стран. Особо уязвимы с этой точки зрения Бангладеш и государства Океании. И это лишь небольшая часть возможных негативных последствий.

Помимо своей неисчерпаемости и экологичности, возобновляемые источники энергии имеют ещё одно качество – альтернативность, что позволит в будущем странам, не обладающим значительными запасами ископаемого топлива, обеспечивать энергетическую безопасность и преодолевать свою энергозависимость от экспортёров энергоносителей. И это одно из не последних по значимости объяснений, почему использование ВИЭ активно развивается в Европе и, например, в Китае и так мало им уделяется внимания в России. Согласно российской программе развития энергетики к 2020 году доля ВИЭ без учёта крупных ГЭС в общем энергобалансе страны должна быть доведена лишь до 2,5%, тогда как, в частности, в Германии к 2020 году долю ВИЭ планируется довести до 30%.

На данный момент доля солнечной и ветровой энергетики в общем энергобалансе Германии уже составляет более 15%. В целом по Европейскому союзу согласно Статистическому энергетическому ежегоднику (Global Energy Statistical Yearbook 2015) доля ВИЭ (включая ГЭС) в 2014 году составляла 30%, причём в некоторых европейских странах она доходила до 98% (Норвегия).

ОГРАНИЧЕНИЯ ВИЭ
Однако современные технологии пока ещё не позволяют полностью и повсеместно переориентироваться на применение этих энергоисточников. Для их использования есть существенные ограничения.

Например, развитие гидроэнергетики возможно не везде в связи с недостаточностью речных сетей. Но даже если реки имеются, строительство ГЭС не всегда оправданно. Возведение крупных ГЭС нарушает местные экосистемы и биоценозы, а также требует переселения иногда значительных масс населения. В то же время выработка малых ГЭС сильно зависит от режима реки – в маловодные периоды такие ГЭС резко снижают выработку или вообще останавливаются. Активнее всего крупная гидроэнергетика сегодня развивается в Китае, и здесь же построены самые крупные ГЭС в мире. Мощность китайских ГЭС сегодня составляет 260 ГВт, а к 2020 году её планируется увеличить до 380 ГВт. Для сравнения, мощность российской гидроэнергетики – лишь 46 ГВт (5-е место в мире). Такое бурное развитие крупной гидроэнергетики Китая вызывает протесты экологов, местного населения, вынужденного переселяться в новые места, а также провоцирует споры и конфликты с соседними странами по поводу изменения режима стока трансграничных рек, объёма и качества воды.

На сегодняшний день, по разным данным, от 30 до 70% рек Китая серьёзно загрязнены, некоторые реки больше не впадают в море, значительно уменьшилось их биоразнообразие. Гидротехническая активность КНР влияет на состояние рек в Индии, Бангладеш, России, Казахстане, Вьетнаме, Лаосе, Мьянме, Таиланде и Камбодже.

Что касается энергии приливных волн и геотермальных источников, то она также не везде доступна. Хотя, например, в Исландии электроэнергетика по большей своей части питается от геотермальных источников.

На энергию ветра приходится рассчитывать тоже в ограниченных масштабах. Во-первых, не везде есть достаточный ветровой потенциал и пустынные территории, пригодные для установки ветряков. К тому же ветровые и солнечные станции до сих пор являются одними из самых дорогих источников электроэнергии. А использование солнечных батарей в северных широтах нерентабельно из-за недостаточного количества солнечных дней в году. Кроме того, выработка солнечной энергии сильно зависит от времени суток, сезона и погодных условий.

Стоит также упомянуть, что малые ГЭС, ветроустановки и гелиоустановки не могут стать основными источниками энергии для крупных электросетей из-за нестабильности выработки ими энергии. Если их доля начинает превышать 20% мощности энергосистем, возникает необходимость ввода дополнительных регулирующих мощностей. Пока лучше всего с задачей регулирования справляются крупные ГЭС, которые в период пиковых нагрузок могут увеличить выработку энергии за несколько минут, тогда как даже ТЭС (не говоря уж об АЭС) для этого требуются часы.

Тем не менее, в Европе активнее всего развиваются именно ветро- и солнечная энергетика. Более того, Евросоюзу даже удалось частично решить проблему регулирующих и накопительных мощностей в «зелёной энергетике»: «аккумуляторной батареей» Западной Европы стала Норвегия, богатая своим гидропотенциалом и имеющая в достаточном количестве гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Когда возникают излишки электроэнергии, насосы на ГАЭС качают воду из нижнего бьефа водохранилища в верхний. В моменты пика электропотребления воду вновь сбрасывают, и она приводит в движение генераторы. Эта страна уже соединена высоковольтными ЛЭП со Швецией, Данией и Нидерландами. Лондон тоже планирует проложить в Норвегию кабель по дну Северного моря. А Германия сможет за счёт такого же кабеля отправлять свои излишки «зелёного электричества» в Норвегию и получать оттуда по мере необходимости экологически чистую гидроэнергию с 2020 года. Соглашение о прокладке между немецким городом Вильстер, расположенным к северо-западу от Гамбурга, и норвежским Тонстадом подводной ЛЭП длиной 623 километра и мощностью в 1400 МВт было подписано в феврале 2015 года. Эта ЛЭП покроет 3% потребления электроэнергии в Германии.

Что касается использования энергии биомассы, то оно пока идёт вразрез с политикой предотвращения продовольственного кризиса на планете. Теперь на продукты аграрно-промышленного комплекса претендуют не только люди, но и машины. Например, для получения тонны биодизеля требуется около тонны растительного масла, выжатого из семян масличных культур. А для производства биоэтанола используют, в частности, сахарный тростник, пшеницу, рис, рожь, ячмень, кукурузу, сорго, картофель, топинамбур, сахарную свёклу.

Объём вредных выбросов в атмосферу у биоэтанола существенно меньше, чем у обычного бензина, но зато ниже его энергетическая ценность, а следовательно, требуются его бóльшие объёмы. Интересно, что размер нежелательных выбросов биоэтанола зависит от культуры, из которой он производится. Этанол из сахарного тростника сокращает выбросы парниковых газов примерно на 80% по сравнению с ископаемыми видами топлива. Самый же «неэкологичный» биоэтанол, снижающий выбросы лишь на 30%, производится из кукурузы. Именно сахарный тростник и кукуруза являются наиболее популярными культурами для производства биотоплива.

Основные производители биоэтанола сегодня – США, специализирующиеся на переработке в топливо кукурузы, и Бразилия, выращивающая для этого сахарный тростник. Эти страны производят 2/3 потребляемого в мире биотоплива. Из всех видов ВИЭ биомасса в этих странах – самый используемый возобновляемый ресурс.

Критики использования биотоплива отмечают, что рост его производства вызывает повышение цен на продовольствие, хотя должно бы быть наоборот: производство биоэтанола призвано было снизить зависимость от роста цен на нефть, влияющих, в свою очередь, на цену продуктов питания.

Противники биотоплива также обращают внимание, что под плантации сырья, используемого для его производства, либо вырубаются тропические леса (Бразилия, Малайзия, Индонезия), которые способны поглотить значительно больше СО2, чем сахарный тростник, кукуруза или другие злаковые, используемые для производства этанола, что так же, как и сжигание углеводородов, способствует глобальному потеплению; либо под плантации занимаются площади, которые раньше использовались для выращивания пищевых культур, что, естественно, не способствует борьбе с голодом. Производство биотоплива также противоречит стратегии экономии водных ресурсов, так как для производства литра биотоплива необходимо 2500 литров воды на выращивание технических культур.

Тем не менее, этот вид топлива перспективен, ведь его можно вырабатывать из огромного спектра имеющегося в наличии сырья: начиная от специально выращенных технических культур и заканчивая водорослями, отходами деревообработки, макулатурой, отработанным машинным маслом и продуктами жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Несмотря на имеющиеся недостатки, все вышеперечисленные ВИЭ активно внедряются в ведущих странах мира, и затраты на их применение всё время снижаются. По оценкам Гринпис и некоторым сценариям Международного энергетического агентства (МЭА), себестоимость электроэнергии ВИЭ к 2030 году сравняется с себестоимостью электроэнергии из ископаемого топлива.

При достижении срока окупаемости вырабатываемая из ВИЭ энергия становится почти бесплатной из-за отсутствия затрат на топливо.

ВЫБОР РОССИИ
Российская энергетика продолжает оставаться инертной, делая ставку на нефть и газ. И это объясняется тем, что у нас нет достаточных стимулов для развития альтернативных источников. Во-первых, у нас всё своё и ни от кого мы в сфере энергетики не зависим. Во-вторых, чтобы внедрять новые технологии и менять всю структуру хозяйствования в этой сфере, нужны значительные финансовые вложения со стороны государства. Мировой опыт показывает, что для успешного развития возобновляемой энергетики необходимо как минимум стимулирование в виде необходимых подзаконных актов, субсидий на научные разработки, налоговых льгот, предоставления льготных кредитов на финансирование предприятий, использующих ВИЭ, и т.д.

В принципе, Россия включилась в общемировой процесс перехода на возобновляемые источники энергии, но очень осторожно. В 2013 году была запущена программа поддержки «зелёной энергетики» на оптовом рынке, которая гарантировала девелоперам возврат инвестиций в развитие альтернативных источников. По плану программы, к 2020 году в России должны появиться солнечные станции суммарной мощностью 1,5 ГВт, малые ГЭС мощностью 900 МВт и ветряки мощностью 3,6 ГВт. Это те мощности, которые правительство готово профинансировать. Правда, даже эти незначительные объёмы по факту финансирует не государство, а потребители через договоры о поставке мощности. Самые крупные потребители выражают своё недовольство этим обстоятельством.

ВИЭ у нас не пользуются популярностью даже среди инвесторов, рассчитывающих на господдержку. Из трёх предложенных программой альтернативных источников серьёзный интерес девелоперов был проявлен только к солнечной энергетике. Ветроэнергетике и малым ГЭС внимания уделяется пока значительно меньше.

Развитие альтернативной энергетики в России неактуально даже с позиций предотвращения изменения климата. В нашей стране на проблему глобального потепления в основном смотрят отстранённо и со скепсисом.

Во-первых, считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путь и т.д.

Во-вторых, российские учёные склонны рассматривать проблему изменения климата в масштабах планетарной истории, а не истории человечества. Наша планета за время своего существования пережила несколько более значительных кардинальных изменений климата, и нынешнее потепление – это лишь небольшой и закономерный эпизод в истории Земли, который в меньшей степени вызван деятельностью человека и в большей степени – астрономическими процессами (движением Земли по эллиптической орбите, циклами солнечной активности, влиянием других планет, изменением угла наклона земной оси и прочим).

Кроме того, даже извержение одного крупного вулкана может оказать более серьёзное воздействие на климат, чем многолетняя деятельность человечества.

Более того, существует точка зрения, что сейчас наша планета должна вступить в очередной ледниковый период, а нынешняя деятельность человека, сопровождающаяся выбросами парниковых газов, отодвигает этот момент, чем спасает Землю от катаклизмов глобального похолодания.

В общем, Россия без энтузиазма воспринимает всеобщую эйфорию, вызванную наступающей эрой ВИЭ. Мы с большой Считается, что потепление для России – это скорее плюс, чем минус: будем меньше тратить топлива на обогрев, в тундре можно будет картошку выращивать, повысятся урожаи сельскохозяйственных культур, станет более доступен Северный морской путьнеохотой поддались общей моде на развитие альтернативных источников энергии и плетёмся в хвосте прогресса. Принятые законы – это некая дань общемировым тенденциям с внутренним ощущением их ненужности для нас. Наших запасов ископаемого топлива хватит ещё на несколько поколений, а развитие новых технологий и получение энергии на их основе пока слишком дорого. Мы можем пересидеть и переждать переходный период на пути к «зелёной энергетике», используя газ, который является самым экологически чистым видом топлива из всех ископаемых.

В этом случае наша главная опасность – остаться в прошлом веке, когда всё передовое человечество перейдёт в эру новых технологий. Хотя есть и другие проблемы, так как наши энергоресурсы перестанут интересовать всех, кроме нас самих. Уже сегодня цена на наши основные экспортные товары – нефть и газ – упала неожиданным для нас образом, и это падение, помимо усилившейся конкуренции нефтегазовых экспортёров, было вызвано ещё и уменьшением спроса в Европе из-за развития ВИЭ и, кстати, глобального потепления (!).

Единственный плюс такой ситуации лишь в том, что мы наконец газифицируем все наши территории. Стоит напомнить, что в сельской местности у нас не газифицировано 50% населённых пунктов. Да и ощутимая часть городского населения до сих пор не подключена к газу.

Однако наши энергетические гиганты потеряют большую часть доходов, а значит, и государство потеряет основной источник пополнения бюджета.

В конечном счёте, будем мы или не будем развивать альтернативную энергетику, для нашей страны не важно. Важно лишь то, что эти технологии развивают традиционные покупатели нашего топлива, а значит, России уже сейчас нужно искать новые источники дохода. Будущее – за новыми технологиями, а за нами лишь трудный выбор.

В XXI веке промышленность набирает небывалые обороты. Промышленное производство потребляет около 90–93% всей мировой энергии. Повышение общей энергетической эффективности – одно из приоритетных направлений политики Российской Федерации.

В связи с этим возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в России начали набирать всё большую популярность. Так ли необходим государству переход к альтернативной энергетике? Обязательна ли политика энергосбережения? Какую пользу принесут эти изменения? Обо всём по порядку.

Промышленность и энергетика – две тесно связанные между собою отрасли. Чтобы обеспечивать работу крупных и мелких предприятий, а также организовывать транспортные грузоперевозки, необходимо подключиться к мощнейшим источникам электрической энергии. В жизни без неё, кстати, тоже никуда.

От электросетей питаются:

• освещение дорог и автомагистралей;
• теле- и радиостанции;
• жилые, рабочие, торговые кварталы;
• стационарные и частные заведения;
• обслуживающие предприятия.

Таким образом, электроэнергия окружает человека со всех сторон. Но как её получают? В городские сети энергия поступает, в основном, с тепловых (ТЭС), водяных (ГЭС) и ядерных электростанций. Они являются представителями традиционной топливной энергетики.

В качестве источников энергии на таких станциях выступает природное топливо:

• уголь,
• торф;
• нефть;
• радиоактивные руды (уран, плутоний).

Энергопреобразующие станции устроены примитивно, зато их КПД свидетельствует об их эффективности:

1. Российские ТЭС работают благодаря сжиганию горючего топлива. Мощная химическая энергия, которая высвобождается в процессе горения, преобразуется в электрическую. Максимальный КПД – около 35%.
2. Схожим способом работают атомные электростанции. В России для обеспечения их работоспособности используют урановые руды или плутоний. При распаде ядер этих радиоактивных материалов выделяется энергия, которую впоследствии преобразуют в тепловую и электрическую. Наивысший показатель КПД – 44%.
3. В случаях с гидроэлектростанциями энергия добывается из мощных водных потоков. Огромные массы воды поступают на гидротурбины и приводят их в движение. Так генерируется электроэнергия. КПД – до 92%.
4. ГТЭС – газотурбинные станции – относительно новые установки, генерирующие сразу и электрическую, и тепловую энергию. Максимальный КПД – 46%.

Почему же традиционная энергетика, в основе которой лежит использование нефтепродуктов и радиоактивных элементов, не поощряется специалистами?

Основы альтернативной энергетики и использования ВИЭ

Возобновляемая энергетика использует для своих нужд энергию:

• ветра;
• малых речных потоков;
• солнца;
• геотермальных источников;
• приливов и отливов.

Обратите внимание: на сегодняшний день под возобновляемую энергетику в России отводится всего около 2–3% от общего энергобаланса страны.

Россия стремится к переходу на использование альтернативных источников энергии. Вот как развивается эта отрасль энергетики в государстве:

Из приведённых в списке данных видно, что ВИЭ на территории России набирают обороты и медленно, но верно развиваются. Однако страна всё ещё отстаёт от мировых лидеров по использованию ВИЭ.

Недостатки системы ВИЭ

По расчётам учёных, использование ВИЭ в России на сегодняшний день должно было составлять около 15–18%. Эти оптимистические прогнозы не сбылись. Почему же обещанное не сбылось?

Большое влияние здесь имели такие недостатки системы ВИЭ:

1. Сравнительная дороговизна производства.В то время как добыча традиционных ископаемых уже давно себя окупила, сооружение нового оборудования под стандарты альтернативной энергетики требует огромных инвестиций. Пока что инвесторы не заинтересованы совершать крупные вложения, отдача от которых будет минимальной. Предпринимателям выгоднее открывать новые месторождения нефти и газа, а не тратить деньги «на ветер».
2. Слабая законодательная база в Российской Федерации.Мировые учёные уверены, что направление развитию альтернативной энергетики задаёт государство. Правительственные органы формируют надлежащую базу и этим оказывают поддержку. Например, во многих странах Европы введены налоги на выброс СО₂ в атмосферу. В этих странах общий процент использования ВИЭ достигает от 20 до 40%.
3. Потребительский фактор.Тарифы на энергию, произведённую ВИЭ, выше традиционных в 3–3,5 раз. Современный человек работает над своим благосостоянием и хочет получать максимальный результат при минимальных затратах. Ментальность людей изменить сложнее всего. Ни крупные бизнесмены, ни простые обыватели не хотят переплачивать за альтернативную энергию, пусть даже от этого зависит будущее планеты.
4. Непостоянство системы.Природа переменчива. Эффективность разных видов ВИЭ зависит от сезонных и погодных условий. Солнечные элементы не будут производить энергию в пасмурный день. Ветрогенераторы не работают в штиль. До сих пор человеку не удаётся побороть сезонность ВИЭ.

Для успешного развития российской возобновляемой энергетике не хватает потенциала и поддержки. В связи с этим русские энергетики уверены, что в обозримом будущем ВИЭ будут использоваться лишь в качестве подспорья традиционному топливу.

Необходимость перехода к ВИЭ

С точки зрения таких наук, как биология и экология, переход к альтернативной энергетике является лучшим вариантом развития событий как для человека, так и для природы.

Дело в том, что применение не возобновляемых источников энергии (нефтепродуктов) в промышленных масштабах – мощный вредоносный фактор для экосистемы Земли. И вот почему:

1. Запасы топлива не безграничны.Газ, уголь, торф и нефть добываются человеком из недр Земли. Россия богата на месторождения этих полезных ресурсов. Однако, как бы ни была огромна площадь добычи, рано или поздно все источники себя исчерпают.
2. Добыча ископаемых модифицирует все системы планеты.Из-за ресурсодобывающей деятельности человека меняется рельеф, в земной коре образуются пустоты, карьеры.
3. Работа электростанций меняет свойства атмосферы.Меняется состав воздуха, увеличивается выброс парникового газа СО₂, образуются озоновые дыры.
4. ГЭС вредят рекам.В результате деятельности ГЭС разрушаются поймы рек, затопляются близлежащие территории.

Эти факторы являются причинами катаклизмов и природных бедствий. В свою очередь, альтернативная энергетика обладает такими преимуществами:

1. Экологически чистая.При использовании возобновляемых источников исключается выброс вредных веществ и парниковых газов в атмосферу. Не страдают ни литосфера, ни гидросфера, ни биосфера. Запасы ВИЭ практически бесконечны. С физической точки зрения, они исчерпаются, когда нашей планеты не станет. Но пока Земля существует в космосе, на ней будут дуть ветры и течь реки, совершаться приливы и отливы. В конце концов, будет светить Солнце.
2. Совершенно безопасна для человека.Никаких вредных выбросов.
3. Эффективна в удалённых районах, куда вести централизованное энергообеспечение не представляется возможным.Возобновляемые источники энергии в России могут обеспечить человеку светлое, экологически чистое будущее.

Глобальный взгляд: почему в России переход на ВИЭ не осуществится?

Специалисты данной области уверены, что для перехода на возобновляемые источники энергии в России необходимо устранить большое количество препятствий, ибо горючее и ядерное топливо отлично справляются со своими главными задачами.

Традиционная топливная энергетика обладает рядом несомненных преимуществ, т. к. она:

1. Сравнительно дешёвая.Добыча ископаемого топлива уже «поставлена на конвейер». Человечество занимается этим несколько десятков лет подряд. За такой продолжительный срок было изобретено эффективное оборудование, которое широко используется в добывающей отрасли. Разработка месторождений угля, нефти и природного газа больше не стоит так дорого. У современного человека есть опыт в данной отрасли, так что людям намного проще «идти по накатанной», чем искать новые пути добычи энергии. «Зачем изобретать то, что у нас уже есть?» – вот так мыслит человечество.
2. Общедоступная.В связи с тем, что добыча горючих ископаемых ведётся на протяжении многих лет, все затраты, отведённые на эту деятельность, уже покрыты. Стоимость оборудования для топливной энергетики сполна окупилась. Техобслуживание не затратное. Плюс ко всему, энергодобывающие компании являются стабильным источником рабочих мест. Все эти факторы играют на руку традиционной энергетике, в связи с чем она становится всё популярнее.
3. Удобная в использовании.Добыча топлива и производство энергии цикличны и стабильны. Людям остаётся лишь поддерживать функционирование этой системы, и тогда она будет давать хорошие доходы.
4. Востребованная.В энергетической отрасли решающим фактором выступает экономическая целесообразность. Востребовано то, что дешевле и практичнее. А пока что эти черты не присущи альтернативным источникам.

Все перечисленные преимущества топливной энергетики делают её фавориткой мирового производства. Пока она не требует безвозвратных финансовых вложений и приносит большие доходы, она будет конкурентом для ВИЭ.

Наравне с достоинствами топливного производства стоят недостатки применения возобновляемых источников энергии.

Если изучить представленные выше списки, становится ясно, что топливная энергетика более перспективна, в то время как альтернативная лишь пытается «встать на ноги», и для её развития необходимо преодолеть множество препятствий.

Заключение

Альтернативная энергетика всё ещё несовершенна, а потому не пользуется широким спросом. Однако уже сегодня специалисты в данной области понимают, что именно за использованием ВИЭ стоит перспективное будущее России. Поэтому весь научный потенциал государства направлен на решение проблем, связанных с ВИЭ, и устранение основных недостатков альтернативной энергетики.

Учебный год

Лекция 20

Энергосберегающие технологии и освоение новых источников энергии

Условно источники энергии можно поделить на два типа: невозобновляемые и возобновляемые . К первым относятся газ, нефть, уголь, уран и т. д. Технология получения и преобразования энергии из этих источников отработана, но, как правило, не экологична, и многие из них истощаются.

Возобновляемые источники энергии - это источники, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из природных ресурсов - таких как солнечный свет, ветер, движении воды в реках или морях, приливы, биотопливо и геотермальная теплота - которые являются возобновляемыми, т.е. пополняются естественным путем.

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

Примеры использования возобновляемой энергии.

1.Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год и широко используется в странах Европы и США.

2. На гидроэлектростанциях (ГЭС) в качестве источника энергии используется потенциальная энергия водного потока, первоисточником которой является Солнце, испаряющее воду, которая затем выпадает на возвышенностях в виде осадков и стекает вниз, формируя реки. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно использование кинетической энергии водного потока на так называемых свободнопоточных (бесплотинных) ГЭС.

Особенности этого источника энергии:

Себестоимость электроэнергии на ГЭС существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций;

Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии;

Возобновляемый источник энергии;

Значительно меньше воздействует на воздушную среду, чем другие виды электростанций;

Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое;

Часто эффективные ГЭС удалены от потребителей;

Водохранилища часто занимают значительные территории;

Лидерами по выработке гидроэнергии на человека являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира.

3.Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах);

Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор);

Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием), преимущество - запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Достоинства солнечной энергетики :

Общедоступность и неисчерпаемость источника;

Теоретически полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной способности) земной поверхности и привести к изменению климата.

Недостатки солнечной энергетики :

Зависимость от погоды и времени суток;

Как следствие необходимость аккумуляции энергии;

Высокая стоимость конструкции;

Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли;

Нагрев атмосферы над электростанцией.

4.Приливные электростанции . Электростанциями этого типа являются особым видом гидроэлектростанции, использующим энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками - высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

5.Геотермальная энергетика - направление энергетики, основанное на производстве электрической и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла. Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении. Крупнейшей в мире геотермальной установкой является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт.

6.Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты,топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

США и Бразилия производят 95 % мирового объёма биоэтанола. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы. По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплив приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15%.

Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины («гибкотопливные» машины). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива.

Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд. человек.

С другой стороны, продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) в своем отчете говорит о том, что рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную деятельность, способствуя экономическому развитию. Производство биотоплив позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить зависимость развивающихся стран от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. Например, в Мозамбике сельское хозяйство ведётся на 4,3 млн. га из 63,5 млн. га потенциально пригодных земель. По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385-472 миллиона гектаров земли. Выращивание на этих землях сырья для производства биотоплив позволит увеличить долю биотоплив до 8 % в мировом энергетическом балансе. На транспорте доля биотоплив может составить от 10 % до 25 %.

7.Водородная энергетика - развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики).

Топливный элемент - электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне - в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Топливные элементы - это электрохимические устройства, которые могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую (~80 %). Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент). В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы содержат твердые реагенты, и когда электрохимическая реакция прекращается, должны быть заменены, электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию, или, теоретически, в них можно заменить электроды. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в нее реагенты и сохраняется работоспособность самого элемента. Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические или аккумуляторные батареи, но для некоторых применений, таких как работающие изолированно от электрической системы электростанции, использующие непостоянные источники энергии (солнце, ветер), они совместно с электролизёрами, компрессорами и ёмкостями для хранения топлива (например, баллоны для водорода), образуют устройство для хранения энергии. Общий КПД такой установки (преобразование электрической энергии в водород, и обратно в электрическую энергию) 30-40 %.

Топливные элементы обладают рядом ценных качеств, среди которых:

7.1 Высокий КПД : у топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин. Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. Если в дизель-генераторных установках топливо сначала сжигается, полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор. Результатом становится КПД максимум в 42 %, чаще же составляет порядка 35-38 %. Более того, из-за множества звеньев, а также из-за термодинамических ограничений по максимальному КПД тепловых машин, существующий КПД вряд ли удастся поднять выше. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80 %.

7.2Экологичность . В воздух выделяется лишь водяной пар, что является безвредным для окружающей среды. Но это лишь в локальном масштабе. Нужно учитывать экологичность в тех местах, где производятся данные топливные ячейки, так как производство их само по себе уже составляет некую угрозу.

7.3 Компактные размеры . Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Это становится особенно актуальным в военных приложениях.

Проблемы топливных элементов .

Внедрению топливных элементов на транспорте мешает отсутствие водородной инфраструктуры. Возникает проблема «курицы и яйца» - зачем производить водородные автомобили, если нет инфраструктуры? Зачем строить водородную инфраструктуру, если нет водородного транспорта? Топливные элементы, в силу низкой скорости химических реакций, обладают значительной инертностью и для работы в условиях пиковых или импульсных нагрузок требуют определённого запаса мощности или применения других технических решений (сверхконденсаторы, аккумуляторные батареи). Также существует проблема получения водорода и хранения водорода. Во-первых, он должен быть достаточно чистый, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвый, чтобы его стоимость была рентабельна для конечного потребителя.

Существует множество способов производства водорода, но в настоящее время около 50 % водорода, производимого во всём мире, получают из природного газа. Все остальные способы пока дорогостоящи. Существует мнение, что с ростом цен на энергоносители стоимость водорода также растёт, так как он является вторичным энергоносителем. Но себестоимость энергии, производимой из возобновляемых источников, постоянно снижается.