Какие виды альтернативных источников энергии существуют, их использование

Зачем нужны альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии, что это такое, и для чего они нужны? Поскольку запасы традиционных источников получения электроэнергии, таких как уголь, газ, нефть, иссекаемы, то значит, человечеству пришлось задуматься об изобретении альтернативной энергии для получения электричества.

Кроме того, применять традиционные методы стало проблемно, поскольку:

• Традиционные электрические станции применяют топливо, которое может скоро закончиться. В худшем случае это случится через 30 лет;
• Цена на топливо поднимается, а из-за этого вырастает и стоимость электричества;
• Изготовленная продукция выбрасывает в окружающую среду много вредных веществ, тем самым ухудшая экологическую обстановку;
• Тепло, которое выделяется на электростанциях, приводит к образованию глобального потепления.

Поэтому, отвечая на вопрос, что такое альтернативная энергия, мы поняли, что переход на использование альтернативных источников энергии должен произойти как можно скорее и в будущем они должны полностью заменить ТЭС.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

Роль и значение альтернативной энергетики

Поиск альтернативных источников энергии – одна из самых актуальных задач, так как человечество чудовищными темпами поглощает газ, нефть и другие виды топлива, чтобы производить энергию. Научная «мечта» — получение альтернативы электричеству, но она пока что недостижима. Кризис топливных ресурсов неизбежен, и нетрадиционные источники энергии должны помочь предотвратить его.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

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

Зеленая экономика Как государству продвигать экологическую повестку

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

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

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

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

Зеленая экономика Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

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

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

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

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

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

Основные виды

В зависимости от типа ресурса, альтернативные источники электрической энергии в мире классифицируются на несколько видов, которые определяют ее способы получения и типы конструкций.

Далее кратко разберем главные виды альтернативных источников электроэнергии и их характеристики.

Вода

Гидроэлектростанция основана на выполнении преобразования кинетической энергии воды в электроэнергию.

К объектам этого типа относятся ГЭС разной мощности, которые устанавливаются на берегах морей. В этих конструкциях, под влиянием воды, приводятся в действие лопасти гидротурбины, которые начинают вырабатывать электрическую энергию. Гидравлическая турбина является главным элементом в ГЭС.

Еще один способ получения альтернативной энергии при помощи воды – это использование энергии приливов. Но фактически здесь используется вращательная энергия Земли.

Тепло земли

Этот источник нетрадиционной энергетики вырабатывает электроэнергию из тепла земли. Этот метод получения является долгосрочным, поскольку он применяет почти неиссякаемый ресурс.

Главный плюс этого метода получения энергии — независимость от времени года.

Однако имеются и минусы – необходимость бурения скважин глубиной в 1 км.

Биотопливо

Биоэнергетика получает электроэнергию из биотоплива 1-го, 2-го и 3-го поколений.

• 1-ое включает в себя культуры сельского хозяйства, которые содержат много жиров и крахмала.
• 2-ое – топливо, получаемое из древесины и остатков растений, которые нельзя использовать в качестве питания.
• 3-ее – топливо из водорослей.

Самым распространенным является 1-ое поколение.

Ядерная энергетика

Для получения электрической энергии таким методом применяют экологично чистую ядерную энергетику, которая отличается недорогим обслуживанием.

Но многие отказываются от такой АЭС, поскольку при аварии будет происходить продолжительное заражение и отравление территорий.

Кроме того, недостатком такого метода является цена утилизации и значительный выброс тепла, который способствует возникновению парникового эффекта.

Ветер

Ветровая электростанция выполняет преобразование воздуха в электричество.

Главным элементом таких конструкций является ветрогенератор. Ветрогенераторы разделяются по:

• техническим характеристикам;
• размерам;
• установкой с вертикальной либо горизонтальной осью вращения;
• числом ветровых лопастей, а также территорией их размещения.

Ветровая энергетика является самым перспективным и развитым альтернативным источником энергии. Эти электростанции можно размещать, как на берегу, так и в море.

Солнце

Солнечная электроэнергия возникает при помощи двух типов установок.

1. Гелиоконцентраторы. Это главный компонент системы, который выполняет преобразование солнечной энергии в электричество. Отрицательной стороной этой конструкции является сложность установки.
2. Фотоэлементы. Этот тип используют чаще, поскольку он имеет маленькую стоимость, простую установку и легкость обслуживания. Такой элемент занимает лидирующие позиции на рынке, однако имеет КПД менее 20%.

Солнечная энергия более продуктивно используется в таких странах, как Египет и Саудовская Аравия, в других странах полученной электроэнергии не хватает для полноценного перехода на СЭС.

Прочие варианты

Имеются и другие типы получения электричества:

• Мускульная сила;
• Криогенная энергетика;
• Грозовая энергетика;
• Гелиоэнергетика.
  
  
  

Эти методы имеют также свои плюсы и минусы.

Преимущества применения

Основными преимуществами использования альтернативных источников энергии является их:

• Возобновляемость;
• Надежность;
• Положительное влияние на экологию, по сравнению с ТЭС.

Недостатками таких станций является:

• Зависимость от времени года и размещения. В определенный промежуток времени число вырабатываемой электроэнергии в разы больше, чем в другое время. Кроме того, число выработки электричества зависит от месторасположения. Поэтому очень важно правильно выбрать расположение конструкции, например, для ветровых станций лучшим местом будет морское побережье, так как там все время сильный ветер.
• Локальность. Этот параметр указывает на зависимость электростанции от географической широты.
• Нестабильная работа. Это главный минус, как в альтернативных источниках электроэнергии, так и традиционных. В большинстве случаев АИЭ зависят от погодных условий, на которые человек никак не может оказать влияние.

 

Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

Альтернативная энергетика в современной России

В современной России, на данный момент, альтернативные источники энергии развиваются быстрее, чем в прошлом году, но все же эти конструкции не являются самыми распространенными. На сегодняшний день, в нашей стране, большая часть электричества вырабатывается с помощью ТЭС.

Солнечные электростанции

Наибольшей перспективой развития для выработки электричества от солнечной энергии имеют южные и западные регионы. В нашей стране проводить добычу электричества при помощи солнечной энергии очень перспективно, по этой причине такие проекты даже получают поддержку от государства.

ГЭС и приливные электростанции

Наша страна неплохо применяет водную энергетику для выработки электричества. Также нужно заметить, что электроэнергия, которая вырабатывалась на ГЭС, стоит в 2 раза меньше, чем полученная на ТЭС.

ПЭС требуют значительных вложений, по этой причине развитие альтернативной энергетики в России происходит очень медленно. Эксперты утверждают, что приливные электростанции составляли бы сейчас 5 часть получаемой электроэнергии в России.

Ветровые установки

Осуществлять установку ветрогенератора с горизонтальной осью вращения в нашей стране нельзя, из-за малой скорости ветра. Но часто используют другой тип конструкции, которая имеет вертикальную ось вращения.

В России самая большая ветряная электрическая станция установлена в Ульяновской области. Ее мощность достигает 35 000 000 Вт.

Геотермальные станции

В РФ имеется пять готовых к работе геотермальных станций, три из которых размещены на Камчатке. На данный момент доля вырабатываемой альтернативной энергии составляет более 20% от всей генерации энергетической системы РФ.

Применение биотоплива

В нашей стране имеется изготовление твердого биотоплива. В настоящее время его производство выполняется во Владивостоке.

АЭС

РФ добывает электрическую энергию при помощи ядерной энергетики. Это направление начало серьезно развиваться, поэтому стали возводиться новые электростанции и использоваться новые методы получения.

Россия занимает лидирующие позиции по мощности генерации электрических станций с помощью альтернативных источников электроэнергии, но все же в этом мы пока проигрываем Китаю.

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Зеленая экономика Зеленые и умные: четыре прорывных эко-квартала в городах Европы

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Что можно использовать в частном доме

Выработка электричества при помощи АЭС нужна не только для фирм и государства, но для частного дома. Имеются разные конструкции, которые вырабатывают электроэнергию нетрадиционным методом.

АЭС позволит вам сэкономить на счетах электричества, а кроме того, вы никогда не останетесь без света при отключении электричества.

Солнечные панели

Этот тип получения электроэнергии поможет получить электричество для дома. Для приобретения этого устройства вам необходимо знать мощность и найти место для фиксирования. Эта покупка в скором времени окупиться и вы даже уйдете в плюс.

Солнечные коллекторы

Принцип действия этой конструкции следующий: она нагревается на солнце, затем направляет накопленное тепло к воде, и тем самым нагревает ее. В результате вы будете всегда иметь горячую воду, а также отопление в любое время.

Ветрогенераторы

Ветровые генераторы собирают энергию, которая будет впоследствии использоваться бытовыми изделиями. Как правило, устанавливают несколько сооружений, которые включаются по очереди в случае аварийного выключения другого.

Тепловые насосы

Прибор всегда нагревает дом до требуемой температуры. Многие оборудования оснащены кондиционером, что особенно важно в жаркую погоду. В роли источника электроэнергии могут применяться различные виды энергий.

Производство биогаза

Изготовление биогаза в домашних условиях позволяет заменить использование традиционного топлива на недорогой аналог. Такую конструкцию можно изготовить своими руками или приобрести в магазине.

Мини гидроэлектростанция

Мини гидроэлектростанция — это маленькая станции, которая вырабатывает электричество для жилья.

Применяют это сооружения с целью главного или запасного источника электроэнергии. Переносные ГЭС хорошо подойдут для местностей, к которым трудно добраться.

Прочие возможности

Имеются и другие возможности для выработки электричества, но они обойдутся вам в значительную сумму. К примеру, водородные котлы, которые пришли на замену традиционному отоплению дома без выбросов вредных веществ. Тепло вырабатывается за счет прохождения хим. реакций между водородом и кислородом.

Мировое использование различных видов альтернативных источников энергии

В наше время гидроэнергетика имеет наибольшую мощность из всех видов энергетики на возобновляемых ресурсах. Некоторые страны из-за особенностей природных условий сместили вектор развития на солнечные и ветровые энергоустановки. Мировые лидеры по доле энергии ветра в общем энергобалансе страны:

• Дания – 42%;
• Португалия – 27%;
• Никарагуа – 21%;
• Испания – 20%.

В 2014 году в Дании ветроустановки производили 39% от всего электричества, в 2015 году – уже 42%, и доля ветровой энергии продолжает расти.

Рост альтернативной энергетики в Европе достигается за счет ветровых, солнечных и биотопливных энегоустановок. Опережают среднемировые показатели по переходу на «зеленую» энергию США, Китай, Австралия, Германия и страны из предыдущего списка.

В 2010 году 4,9% всей мировой электроэнергии составляла энергия альтернативных источников. В 2018 году доля «зеленой» энергии достигла 8,4%. При подсчете не учитывались крупные ГЭС. По прогнозам, к 2030 году доля альтернативной энергетики составит 35% всего мирового энергопотребления.

Плюсы и минусы альтернативной энергетики

Многие страны мира активно внедряют использование альтернативных источников в свои энергетические системы. Китай — один из лидеров. Эта страна больше всех выбрасывает в атмосферу СО2, что и заставило руководство Китая задуматься об альтернативных экологичных источниках энергии. Согласно государственному плану, к 2020 году в семи районах страны будут построены огромные ветряные ЭС. Наряду с ветряной в Китае планируют активно использовать и солнечную энергию.Также активно развивается альтернативная энергетика в США. Еще в 2014 году суммарная мощность американских ветрогенераторов составила 65 879 МВт. Страна является мировым лидером по развитию геотермальной энергетики — направления, использующего для получения энергии разницу температур между ядром Земли и ее корой.
19 октября 2018, 19:53 Новости Подмосковья В Дубне проводят испытания солнечных батарей и ветрогенераторовГермания — еще одна из стран-лидеров альтернативной энергетики. В апреле прошлого года страна установила своеобразный рекорд: в последние выходные апреля Германия получила 85% энергии из возобновляемых источников, то есть благодаря солнечным, ветро- и гидроэлектростанциям.Альтернативная энергетика способна стать хорошим помощником странам, у которых нет собственных запасов углеводородов. По этому пути пошла Япония. Закон, принятый парламентом Японии в 2011 году, предусматривает поддержку альтернативной энергетики, а также развитие ветро-, гелио-, гидро- и геотермальной энергетики. Большинство жителей страны поддерживает переход на альтернативную энергетику, после аварии на «Фукусиме» многие японцы настроены резко негативно против АЭС.Сейчас альтернативная энергетика идет в основном по пути использования энергии ветра и солнца. Согласно статистике, опубликованной Всемирной ассоциацией ветровой энергетики (WWEA), общая мощность всех ветроустановок в мире по состоянию на конец 2017 года составила 539 291 МВт. Ветрогенераторы, установленные в мире по состоянию на конец 2017 года, могут обеспечить более 5% мировой потребности в электроэнергии.Принцип работы ветряных электростанций заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую энергию. Такие станции состоят из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора. Само производство ветряных электростанций обходится довольно дешево. К недостаткам можно отнести малую мощность и то, что их работа зависит от погоды. Своеобразная метеозависимость. К тому же такие станции производят много шума, и на ночь их, как правило, отключают. Еще ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения и даже для радиоволн. © РИА Новости / Александр Кряжев Кош-Агачская солнечная электростанция в Республике Алтай
© РИА Новости / Александр Кряжев Солнечная энергия тоже имеет ряд своих плюсов и минусов. К преимуществам использования солнца специалисты относят экологическую чистоту, доступность практически в любой точке земного шара и возобновляемость этого ресурса. К недостаткам причисляют сложное техническое обслуживание станций и дорогую стоимость оборудования.

Стоимость утилизации ветряных турбин, солнечных батарей и накопителей должна быть отражена в смете расходов

Похоже, в энергетическом анализе распространено предположение, что каким-то образом в конце срока службы ветряные турбины, солнечные батареи и накопители для хранения энергии исчезнут без каких-либо затрат. Если они будут переработаны, стоимость переработки должна быть меньше, чем стоимость полученных материалов.

Но мы понимаем, что переработка не является бесплатной. Очень часто затраты энергии на переработку материалов выше, чем энергия, используемая при их добыче в первоначальном виде. Эту проблему необходимо учитывать при анализе реальной стоимости возобновляемых источников энергии. 

Несколько слов в заключение

Полностью перейдя на использование альтернативных источников энергии, можно не только получить практически бесплатное тепло, электричество и экотопливо, но и очистить окружающую среду от вредных для здоровья человека выбросов и парниковых газов. Установки для АИЭ можно сделать своими руками и обогревать дом теплом и электроэнергией, а продавая излишки государству, даже получать прибыль. Надеемся, наша статья была для вас полезной, а если остались вопросы, то задавайте их в комментариях, и наши эксперты с радостью на них ответят.

Применение и перспективы развития различных видов альтернативных источников энергии

Жители частных домов охотнее покупают и устанавливают солнечные батареи, если государство покупает у них лишнюю энергию. Фотоэлементы монтируются на крыше, так они не требуют дополнительной площади. При подключении к общей энергосистеме в темное время суток жители пользуются входящей электроэнергией, за которую платят поставщику электричества.

Днем, во время работы солнечных батарей, энергопотребление в домах снижается, а на предприятиях – растет, поэтому образуется излишек электроэнергии. Электросчетчики могу считать электричество в обе стороны, но в России опция учета исходящей энергии у счетчиков отключена. Альтернативная энергетика в Германии и Нидерландах развивается быстрее отчасти благодаря возможности продавать пиковый излишек электричества государству. Техническая сторона несложна, дело за законодательной базой.

Размеры России способствуют развитию нетрадиционных видов энергетики. Когда на Дальнем Востоке наступает ночь, в европейской части страны еще светло. При подключении солнечных электростанций к общей энергосистеме выработка электричества фотоэлементами в среднем по стране выравнивается в течение суток.

Когда на севере страны безветренная погода, достаточно сильный ветер может быть в восточной части или на юге. В то же время, в стране есть множество труднодоступных мест, в которые сложно протянуть линию электропередач. Удаленные районы целесообразно обеспечить энергией из альтернативных источников. Несмотря на нынешнее отставание, будущее у альтернативной энергетики в России определенно есть.