Под выражением «возобновляемая энергия» либо регенеративная, то есть «зеленая энергия», подразумевается энергия источников, неисчерпаемая по человеческим меркам. В окружающей среде она представлена в широком спектре – солнечная, ветровая, водная, включая морские волны и течения, силы приливов и отливов океана, биомассы, геотермального тепла.
В последние годы широкое развитие получила альтернативная энергетика. Она представлена самыми разнообразными видами ВИЭ, которые постоянно возобновляются.
Под формулировкой «возобновляемые источники энергии» подразумеваются определенные формы энергии, вырабатываемые в естественных условиях, за счет происходящих на поверхности Земли природных процессов.
Условно они делятся на классы – возобновляемые и невозобновляемые:
- к первому классу относятся источники, которые имеют неисчерпаемые источники энергии по человеческим меркам. Они постоянно пополняются естественным путем в ходе прохождения планетой определенного цикла;
- второй класс представлен невозобновимыми природными ресурсами, в число которых входит газ, нефть, уголь, уран. Они относятся к энергоресурсам, сокращающимся с истечением времени без возобновления до прежних размеров.
Возобновляемый источник энергии предоставляют ресурсы, в число которых входит солнечный свет, водный поток, приливы и геотермальная теплота. Их возобновлению способствует круговорот воды в природе, цикличность его определяется временем года. Явление способствует постоянному восполнению энергии естественным путем.
ВИЭ подразделяется на группы – традиционные и нетрадиционные источники
В первую группу входит:
- гидравлическая энергия воды, которая преобразуется в электрическую энергию. Каждая энергетическая станция вырабатывает ее посредством действия гидросилового оборудования, устанавливаемого на ней;
- энергия биомассы, получаемая в ходе сжигания древесного угля, дров, торфа. Она применяется в основном для выработки тепла, подаваемого в отопительную систему жилых и нежилых зданий;
- геотермальная энергия, являющаяся результатом естественного гниения и поглощения минералами, находящимися в недрах земли, солнечной энергии. В сущности, солнце есть неисчерпаемый источник энергии. Его тепловое излучение преобразовывается в электрическую энергию с применением фотоэлементов, тепловых машин.
Вторая группа состоит из энергии, которая существует в природе, окружающей человека:
- солнечной;
- ветровой;
- морских волн и течений;
- приливов и отливов океана;
- биотоплива;
- низкопотенциальной тепловой.
Принцип использования возобновимой энергии заключается в ее извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде геологических процессов. Она предоставляется потребителю, который использует ее для решения технических задач и удовлетворения своих нужд.
Характеристики отдельных ВИЭ
Многие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии без затруднений устанавливаются в жилых зданиях. Отдельные его виды можно применять в тяжелой и легкой промышленности, установив в производственных зданиях. В их число входят возобновляемые ресурсы, предоставляемые человеку самой природой.
Наибольшую популярность обрела энергия биомассы, являющаяся одним из видов «зеленой энергии». Она позволяет рационально использовать природные ресурсы планеты. Ресурсами являются отходы деревообрабатывающей и бумажной промышленности, отраслей сельского хозяйства, включая бытовой и строительный мусор, из которого вырабатывается естественным путем метан.
Воздушные массы атмосферы есть своего рода вечный неиссякаемый источник, потому что обладают огромной кинетической энергией. Они перемещаются под воздействием геологической деятельности ветра. Его сила преобразуется в электрическую энергию с помощью ветровых установок. Несмотря на довольно высокую стоимость, они успешно используются в районах со спокойным ландшафтом.
Еще один вечный источник энергии – Солнце. Солнечная энергетика является одним из направлений НВИЭ, основанной на непосредственном применении солнечного излучения для получения энергии. Она является бесплатным источником, который возобновляется. Помимо того, ее относят к категории «чистая энергетика», не производящей вредных отходов. Но солнечные установки применимы только в тех широтах планеты, где достаточно солнечного света для выработки электрической энергии.
Водный поток есть неиссякаемый источник, обладающий потенциальной и кинетической энергией. Она в ходе работы преобразуется в электрический ток. Ярким примером использования гидравлической энергии рек, воды является строительство малых и микро ГЭС, а также крупных ГЭС с большими мощностями.
Малые и микро ГЭС обрели популярность во многих странах, использующих энергию возобновляемых источников малых водотоков с целью выработки электрического тока. Нужно заметить, что в последние годы строительство крупных гидроэлектростанций сократилось до минимума.
«Зеленая энергетика» представлена энергией приливов и отливов океанов, морских волн и течений. Для их использования на берегу морей и океанов строятся приливные станции. Они преобразуют кинетическую энергию вращения Земли, возникающую за счет гравитационных сил Луны и Солнца, которые два раза в сутки изменяют уровень воды.
Достоинства и недостатки ВИЭ
Основное преимущество заключается в том, что возобновляемые ресурсы являются дешевым источником энергии. Это неиссякаемый источник энергии, который предоставлен в неограниченном количестве в окружающей среде, не являясь следствием целенаправленной деятельности человека.
Нужно заметить, что возобновляемые источники энергии имеют один недостаток. Он заключается в низкой степени концентрации, поэтому нельзя получаемую энергию передать на большие расстояния. Как правило, ВИЭ подлежит использованию вблизи потребителя.
Возобновляемая энергетика будущего
Учеными планеты ведутся дальнейшие разработки технологии водородного топлива, которая выделяет энергию при помощи синтеза атомов водорода в атом гелия. В будущем они намерены получать возобновляемые ресурсы не только с применением наземных конструкций, но и спутников Земли, чтобы использовать находящуюся в черных дырах космическую энергию.
Основные предпосылки для развития ВИЭ в Российской Федерации:
- обеспечение энергетической безопасности страны;
- сохранение окружающей среды, что позволит обеспечить экологическую безопасность;
- достижение нового уровня на мировом рынке возобновляемой энергии, что обозначено в общем стратегическом плане развития государства;
- претворение в жизнь мер, способствующих сохранить собственные возобновляемые ресурсы для будущих поколений;
- увеличение размеров потребления сырья, которое используется в качестве топлива.
В перспективе использование возобновляемых источников энергии позволит человечеству восполнить топливный дефицит, удешевить добычу топлива, тепла и моторного масла. Кроме того, их использование очищает атмосферу, что, несомненно, поможет улучшить экологическую обстановку планеты.
И в заключение необходимо отметить, что возобновляемые источники электроэнергии обладают несомненным преимуществом. Оно заключается в их неисчерпаемости и экологической чистоте. Человек может использовать их без каких-либо опасений, потому что они не нарушают энергетический баланс планеты. К тому же возобновляемые ресурсы находятся вокруг него всюду.
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.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»
Факультет геоэкологии и географии
Кафедра экологии и природопользования
По курсу “Техногенные системы и экориск”
“Возобновляемые и не возобновляемые источники энергии”
1. Возобновляемые энергоресурсы. 4
1.1. Классификация возобновляемых источников энергии. 4
1.2. Ветроэнергетика. 5
1.3. Гидроэнергетика. 7
1.4 Гелиоэнергетика. 9
1.5 Энергия биомассы. 11
2. Невозобновляемые источники энергии. 13
2.1. Представители невозобновляемых энергоисточников. 14
2.1.3. Природный газ. 17
2.2. Получение атомной энергии. 17
2.2.1. Атомные электростанции. 18
2.2.2. Преимущества и недостатки АЭС. 19
2.2.3. Аварии на АЭС. 20
Список использованной литературы. 22
В современном мире существуют несколько глобальных проблем. Одна из них – истощение природных ресурсов. С каждой минутой в мире используется огромное количество нефти и газа для нужд человека. Поэтому возникает вопрос: на долго ли нам хватит этих ресурсов, если продолжать их использовать в таком же огромном объеме? По расчетам, запас нефтяных ресурсов планеты исчерпается к концу нынешнего столетия. То есть, нашим внукам и правнукам будет нечего использовать для получения энергии? Звучит пугающе. Также использование традиционных полезных ископаемых плохо влияет на экологическую обстановку мира. Поэтому, человечество сейчас все больше задумывается об альтернативных источниках получения энергии. В этом и состоит актуальность данной реферативной работы.
Классификация возобновляемых источников энергии
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.
Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.
ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:
· механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);
· тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли);
· химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).
Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы.
Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами:
· Нет потребности в транспортировке;
· ВИЭ – экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду;
· Отсутствие топливных затрат;
· При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы;
· Нет необходимости в использовании воды в производстве.
Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.
Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.
Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м.
Однако в начале 19-20 вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики.
Наиболее острый вопрос ветроэнергетики – экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. 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 оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.
Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра.
Скорость ветра – главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью.
Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.
ВЭС с вертикальной осью вращения (на вертикальную ось «насажено» колесо, на котором закреплены «приемные поверхности» для ветра), в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Главными недостатками таких агрегатов является их малый период вращения и малый КПД по сравнению с горизонтальными ВЭС. К побочным действиям работы таких установок следует отнести наличие низкочастотных вибраций, возникающих за счет дисбаланса ротора.
Ветроэнергетический рынок – один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год – 31%.До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста.
В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах.
Человек с давних пор использовал энергию воды и ее течения в своих нуждах. Поэтому история гидроэнергетики берет свое начало с древних времен: еще древние греки использовали водяные колеса для помола зерна. С течением времени технологии совершенствовались, и в 19 веке была изобретена первая водная турбина. Ее создали отдельно друг от друга 2 ученых: русский исследователь И. Сафонов в 1837 и французский ученый Фурнейрон в 1834 году. Однако изобретателем гидротурбины, можно даже сказать первой ГЭС, считается М. Доливо-Добровольский. Свое изобретение он продемонстрировал на выставке во Франкфурте. Оно состояло из генератора трехфазного тока, который вращала водяная турбина, а электричество, вырабатываемое ею, передавалось по 170 километровым проводам на всю территорию выставки. В настоящее время энергия воды составляет более 60 процентов от всех ВИЭ и является самой производительной из всех (КПД современных ГЭС составляет около 85-95%). После этого в мире начинается «гидроэнергетический бум».
Основными причинами столь бурного развития гидроэнергетики являются постоянное возобновление ресурсов круговоротом воды в природе и относительно простыми механизмами добычи самой энергии. Однако, зачастую, постройка и установка ГЭС очень трудоемкий и капиталоемкий процесс. Особенно это относится к сооружению плотин и накоплению огромных масс воды за ними. Также стоит отметить, что добыча гидроэнергии экологически чистый процесс. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии .
Если описывать работу ГЭС, то ее принцип заключается в выработке энергии турбиной, вращаемой с помощью падающей с неопределенной высоты воды. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Турбины устанавливаются в зависимости от напора водяного потока на ГЭС.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
· Мощные – вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
· Средние – до 25 МВт;
· Малые гидроэлектростанции – до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
В настоящее время лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Китай, Канада, Россия. Лидером по количеству энергии воды на душу населения является Исландия.
Солнце – один из самых источников излучения в нашей Вселенной. И поэтому не случайно энергия звезды все больше используется человеком для переработки в электричество. Действительно, излучение Солнца, доходящее до всей поверхности Земли, имеет колоссальную мощность 1,2*10 14 кВт. И иногда очень обидно, что огромная часть этой энергии пропадает зря, особенно если она по своему количеству в разы превосходит ресурсы всех остальных ВИЭ вместе взятых. Поэтому в последние годы все активнее развивается гелиоэнергетика, в которой используется солнечная радиация для получения электричества.
Однако с помощью солнечного тепла можно не только получать ток, но обеспечивать теплопроводность. Такое возможно благодаря солнечным коллекторам, в которых нагревается вода при помощи солнечной радиации. И теперь она может использоваться для обогрева каких-либо сооружений.
Также как и в ветроэнергетике, для гелиостанций очень важно правильно выбрать место для их постройки. Не следует забывать, что солнечные лучи, прежде чем достигнуть поверхности Земли, преодолевают множество преград. Прежде всего, к ним можно отнести атмосферу, а в особенности озоновый слой. Именно благодаря ему на Земле вообще возможна жизнь, ведь он не пропускает вредное для всего живого ультрафиолетовое излучение. Также немаловажную роль играют содержащиеся в атмосфере частицы водяного пара, пыли, примесей газов и другие аэрозоли. Они частично рассеивают радиацию.
В целом, поступление радиации на земную поверхность зависит от:
· Климатических особенностей территории;
· Высоты места приема над уровнем моря;
· Высоты солнца над горизонтом и др.
Общее излучение, доходящее до Земли подразделяется на:
· Прямое излучение, дошедшее до Земли;
На основе этих величин составляется суммарный радиационный баланс земли, по которому определяются наиболее удачные места для расположения гелиостанций.
Классифицировать их можно по:
· Виду преобразования солнечной энергии в другие ее виды – тепло или электричество
· Концентрированию энергии – с концентраторами или без них
· Технической сложности – простые и сложные
К простым установкам относят опреснители, нагреватели воды, сушилки, печные нагреватели ит.д.
К сложным относятся установки, которые преобразуют поступившую солнечную энергию в электрическую путем фотоэлектрических приборов.
Одним из лидеров использования солнечной энергии является Швейцария. В данный момент в стране эффективно развивается программа по строительству гелиостанций. Также идет тенденция на производство солнечных батарей, устанавливающихся на крыши зданий или как фасады. Такие установки могут компенсировать 50…70% энергии, затрачиваемой на производство
К биомассе относятся все вещества органического происхождения.
1. Древесина. Уже многие тысячи лет человек использует дрова для получения тепла, приготовления пищи, освещения жилья. Да и до сих пор в мелких поселениях традиционно используется этот вид получения энергии. К сожалению это все приводит к одной из важнейших проблем мира – вырубки лесов. Однако эта задача решается с помощью использования энергии быстрорастущих деревьев, таких как тополь, ива и др.
2. Отстой сточных вод. Если вдуматься, то в использованных человеком водах таятся огромные запасы энергии. При отстаивании жидкости образуется огромное количество твердого вещества, которое при переработке анаэробными бактериями может содержать около 50% органического вещества. Однако существуют значительные трудности при переработке сточных вод. Главное из них – высушивание этих вод, так как на это тратится много тепла, которое по своим количественным характеристикам может превосходить теоретические значение энергии при полном сгорании отстоянного вещества. Также этот процесс не рентабелен с точки зрения экологии. Ведь при сгорании выделяется большое количество углекислого газа. Самым правильным вариантом в этом случае считается получение метана при помощи анаэробных бактерий. Но установки для этого весьма несовершенны, поэтому этот способ в современное время не получает большого размаха.
3. Отходы животноводства. Экскременты животных содержат высокое количество органического вещества, которые может использоваться для получения энергии. Однако так же, как и в случае со сточными водами, в навозе содержится большое количество влаги, поэтому его высушивание не выгодно. Тогда существует другой вариант – это анаэробное перегнивание. С помощью него получают метан, а оставшиеся вещества могут пойти на удобрения для почв. Но стоит помнить, что количество перерабатываемого вещества гораздо больше в более свежем навозе, поэтому, чтобы его переработка была экономически выгодна, нужны специальные постройки, позволяющие собирать все экскременты в одно место, не теряя его свежести.
4. Растительные остатки. После сбора урожая всегда остаются неиспользуемые части растений. Они представляют еще один источник энергии. В них содержится целлюлоза – углеродсодержащий углевод. Благодаря относительно небольшому количеству влаги в останках, при сжигании они выделяют много энергии. Ограничивающим фактором развития этого источника энергии является сезонность произрастания культур. Чтобы обеспечить круглогодичное использование останков растений, нужны специальные сооружения для их роста . Также немаловажными факторами являются потребность в перевозки к месту переработки и легкость сбора культур.
5. Пищевые отходы. Они тоже могут служить источником получения энергии. Особенно учитывая, что, например, в отходах фруктов содержится большее количество углеродсодержащих сахаров, чем в остатках зерновых культур, а в остатках мясных продуктов значительное количество протеина. Но наличие влаги затрудняет возможность получения энергии путем сгорания отходов. Поэтому целесообразней из них получать метан с помощью бактерий. Но тут появляется другая трудность: пищевые отходы с успехом используются в животноводстве. Поэтому этот источник практически не развивается в наше время. Исключение только составляют отходы в виде семян и шелухи, а также остатки от сахарного тростника. Например, в странах, где произрастает много тростника, его отходы идут на производство этанола, который при сжигании выделяет большое количество энергии. Самым ярким примером могут послужить Гавайские острова.
Классификация возобновляемых источников энергии
Классификация возобновляемых источников энергии МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ»
Виды возобновляемой энергии
К возобновляемым источникам энергии, ресурсы которых по мере использования не уменьшаются, относятся: солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, энергия морских приливов и волн, энергия биомассы. Все эти виды энергии имеют солнечное происхождение. Гидроэнергия в больших объёмах используется для производства электроэнергии, поэтому не относится к нетрадиционным источникам, исключая малые ГЭС.
К возобновляемым источникам энергии обычно относят и геотермальную энергию – глубинное тепло Земли, образующееся в недрах Земли в результате химических реакций, распада радиоактивных элементов и других процессов.
Самый мощный источник возобновляемой энергии – солнечная радиация. Считается, что на один квадратный метр поверхности Земли приходится в среднем около 150 Вт солнечной радиации. Мощность, поступающая с солнечными лучами на площадку суши размером 100´100 км 2 , соизмерима с установленной мощностью всех электростанций планеты.
Однако преобразование солнечной энергии, как впрочем и других возобновляемых видов, в электрическую сопряжено с большими затратами. Это связано, главным образом, с низкой плотностью энергии, запасённой в любом возобновляемом источнике.
Другим недостатком возобновляемых источников является неравномерность поступления энергии. Наступила ночь, или солнце скрылось за тучами – резко снизилось поступление энергии.
Несмотря на это сегодня в мире использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) достигло промышленного уровня, ощутимого в энергобалансе ряда стран. Масштабы применения НВИЭ в мире непрерывно и интенсивно возрастают. В 2012 г. мощность энергоустановок на НВИЭ по данным РАН составила 990 ГВт, что больше мощности всех АЭС. Это направление является одним из наиболее динамично развивающихся среди других направлений в энергетике. В 2012 г объем инвестиций в ВИЭ составил. 244 млрд. долларов США.
Существенный импульс развитию НВИЭ во многих западных странах придал нефтяной кризис 1973 г., который по существу перевел это направление из стадии разрозненных НИР к стадии реализации целенаправленных государственных программ НИОКР и создания опытных и головных образцов оборудования и демонстрационных объектов по использованию НВИЭ. Эти работы являлись составной частью предпринятых энергосберегающих мероприятий, направленных на снижение зависимости от импорта нефтепродуктов.
По мере стабилизации нефтяного рынка и снижения мировых цен на нефть в 80-е годы главным стимулом развития НВИЭ стали экологические соображения, так как природоохранная идеология к этому времени прочно укоренилась в общественном сознании в развитых странах. В целом же использование НВИЭ рассматривается как альтернативная резервная технология в области энергетики, развитие которой необходимо, поскольку наперед неизвестно, в какие сроки и какие масштабные ограничения могут быть наложены на традиционную топливную и ядерную энергетику вследствие ее влияния на окружающую среду. Поэтому данное направление признано во многих странах одним из приоритетных направлений в энергетике. В 2012 г. в 138 странах действуют программы развития НВИЭ.
Развитие этого направления поддерживается узаконенным правом подключения НВИЭ к электрическим сетям энергоснабжающих компаний и продажей электроэнергии, налоговыми льготами и государственными программами финансирования научно-исследовательских работ по использованию НВИЭ.
Наиболее приоритетными по объёму финансирования являются НВИЭ на основе солнечной энергетика (100 млрд.$), затем следует ветровая энергия (80 млрд.), биомасса, и замыкают этот список малые ГЭС и энергия океана.
В настоящее время суммарная установленная мощность солнечных электростанций составляет более 100 ГВт, геотермальных более 6000 МВт, ветроэлектростанций – более 280 ГВт, приливных более 250 МВт.
Успехи России на этом направлении более скромные. И это при том, что ещё в 30-е годы прошлого века в созданном при Академии наук энергетическом институте по инициативе Г.М. Кржижановского были начаты исследования по возобновляемым источникам энергии, направленные на использование в первую очередь солнечной и ветровой энергии, а в 40-е годы в институте была создана специализированная лаборатория для проведения исследований в данной области.
Оценка экономического потенциала НВИЭ по России составляет примерно 250 млн. т у.т. в год, в том числе геотермальная энергия – 115, малая гидроэнергетика – 65, энергия биомассы – 35, низкопотенциальное тепло – 32, солнечная энергия – 12, энергия ветра – 10.
Виды возобновляемой энергии
Виды возобновляемой энергии К возобновляемым источникам энергии, ресурсы которых по мере использования не уменьшаются, относятся: солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, энергия морских
7 Возобновляемые источники энергии
7.1. Возобновляемые источники энергии
Таблица 7.1 – Потенциальные запасы источников энергии на Земле
Энергия ископаемого топлива
Энергия солнечных лучей
Энергия морей и океанов
Энергия внутреннего тепла Земли
Европейское Сообщество с точки зрения энергоснабжения. Насколько различно количество ежегодно производимой электроэнергии в каждом государстве-участнике ЕС, настолько отличается и роль отдельных энергоносителей в этих странах.
Таблица 7.2. Потенциал альтернативной энергетики Украины
Показатель
Установленная мощность, млн кВт
Выработка электроэнергии, млрд кВт*ч
Экономия топлива, млн т в условном исчислении
солнечные коллекторы для обеспечения домов горячей водой;
солнечные фотоэлектрические батареи (особенно в сельских местностях);
солнечные тепловые электростанции (в дальней перспективе).
Фотоэлектрические (солнечные) батареи могут снабжать электричеством дома. Малые по величине и легко растяжимые панели могут вырабатывать электричество для поселков городского типа во всем мире без больших электростанций или силовых кабелей. Массивные комплекты таких батарей могут производить столько электричества, сколько производит малая электростанция. Сегодня, по крайней мере, две дюжины компаний США используют фотоэлектрические панели в своей работе. В 1990 во Флориде начали продавать здания, которые электрифицированы за счет установленных на их крыше солнечных батарей. Хотя системы солнечных батарей составляют около одной трети от стоимости каждого дома, они окупаются в счет оплаты за электричество. Новая технология позволяет встраивать солнечные батареи в кровельный материал крыш.
Рабочим телом в коллекторах служит вода, а в зимний период – водно-спиртовой раствор. Эффективность использования падающего на приемник излучения составляет от 20% до 35%, произведенная электроэнергия – от 10% до 30% эффективного падающего излучения. Принципиальная схема такой установки приведена на рис.7.4.
В настоящее время разработаны проекты гелиобашен на 12 МВт, на 100 МВт (США), их стоимость значительно меньше, чем “Салар-1”, и имеется перспектива дальнейшего удешевления (Компания “Southern California Edison” и др.). Построены гелиоэнергетические башни в Испании (Альмерия), на Сицилии (Адрано), во Франции (Телнес), в Японии (Нио Таун), но они несколько меньше, чем “Салар-1”.
7.2.2. Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую
Единственным недостатком солнечных батарей пока остается их сравнительно высокая стоимость (8-12 центов за киловатт-час), но многими компаниями ведутся работы по удешевлению стоимости изготовления солнечных элементов. Германская компания успешно испытала гелиоэлектрическое окно, разрабатываются технологии установки солнечных элементов на фасадах зданий и сооружений. Комплексы солнечных элементов – идеальная технология для электрификации сельских местностей. В Индии установлены солнечные батареи в 38000 деревень, в Зимбабве – в 2500 деревень. На крышах домов в Южной Африке, Шри Ланке, Доминиканской республике и других слабо развитых странах установлено более 200000 комплексов солнечных элементов, в Норвегии – 50000, в США – около 100000.
7.2.3. Потенциал и перспективы использования солнечной энергии
7.3. Ветроэнергетика и малая гидроэнергетика
7.3.1. Потенциал и перспективы развития ветроэнергетики
Паровая тяга все еще обеспечивает значительную часть требуемой нам энергии. Даже лучшие из современных атомных реакторов всего лишь.
Характеристики возобновляемых источников энергии и основные аспекты их использования в России
Возобновляемые источники энергии
Это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды (в том числе сточных вод)
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА ШКОЛЫ
Валеологическая направленность учебного и воспитательного процесса в образовательном учреждении
ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ШКОЛЫ
Формировать активную гражданскую позицию, чувства патриотизма и национальной гордости, позитивное отношение к разнообразию культур.
Совершенствовать деятельность ученического самоуправления для формирования позитивных социальных качеств в процессе деятельности и коммуникативного взаимодействия.
Формировать здоровье сберегающую среду за счет совершенствования организации внеурочной деятельности учащихся.
Совершенствовать совместную работу семьи и школы по воспитанию конкурентоспособной, социально адаптированной личности.
Характеристики возобновляемых источников энергии
и основные аспекты их использования в России
1 Возобновляемые источники энергии
Это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды (в том числе сточных вод), исключая применения данной энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях. Энергия приливов, волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов. Геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей. Низко потенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с применением особых теплоносителей. Биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива. А также биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов; газ, образующийся на угольных разработках.
Теоретически возможна и энергетика, основанная на использовании энергии волн, морских течений, теплового градиента океанов (ГЭС установленной мощностью более 25 МВт). Но пока она не получила распространения.
Способность источников энергии возобновляться не означает, что изобретен вечный двигатель. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) используют энергию солнца, тепла, земных недр, вращения Земли. Если солнце погаснет, то Земля остынет, и ВИЭ не будут функционировать.
2 Преимущества возобновляемых источников энергии в сравнении с традиционными
Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него, конъюнктуры рынка.
Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.
Независимость ВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую безопасность страны и стабильность цен на электроэнергию
ВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.
В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т. д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.
3 Наиболее распространенные возобновляемые источники энергии
И в России, и в мире – это гидроэнергетика. Около 20% мировой выработки электроэнергии приходится на ГЭС.
Активно развивается мировая ветроэнергетика: суммарные мощности ветрогенераторов удваиваются каждые четыре года, составляя более 150 000 МВт. Во многих странах ветроэнергетика занимает прочные позиции. Так, в Дании более 20% электроэнергии вырабатывается энергией ветра.
Доля солнечной энергетики относительно небольшая (около 0,1% мирового производства электроэнергии), но имеет положительную динамику роста.
Геотермальная энергетика имеет важное местное значение. В частности, в Исландии такие электростанции вырабатывают около 25% электроэнергии.
Приливная энергетика пока не получила значительного развития и представлена несколькими пилотными проектами.
4 Состояние возобновляемой энергетики в России
Этот вид энергетики представлен в России главным образом крупными гидроэлектростанциями, обеспечивающими около 19% производства электроэнергии в стране. Другие виды ВИЭ в России пока заметны слабо, хотя в некоторых регионах, например на Камчатке и Курильских островах, они имеют существенное значение в местных энергосистемах. Суммарная мощность малых гидроэлектростанций порядка 250 МВт, геотермальных электростанций – около 80 МВт. Ветроэнергетика позиционируется несколькими пилотными проектами общей мощностью менее 13 МВт. Приливная энергетика ограничена возможностями экспериментальной Кислогубской ПЭС.
Обзор возобновляемых источников энергии
5 Энергия солнца
Солнечная энергетика – использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов
Достоинства и недостатки солнечной энергетики
Достоинства Общедоступность и неисчерпаемость источника. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды (однако в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества). Существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках.
Дороговизна солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот недостаток преодолеют. В 1990-2005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4% в год.
Недостаточный КПД солнечных элементов (вероятно, будет вскоре увеличен).
Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.
Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.
Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.
Сегодня солнечная энергетика широко применяется в случаях, когда малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически. В России солнечная энергетика существует только в виде небольших установок автономного энергоснабжения, не подключенных к энергосистеме и применяемых частными лицами и небольшими организациями.
Ветер – поток воздуха, движущийся относительно земной поверхности со скоростью свыше 0,6 м/с.
Ветры над большими площадями образуют обширные воздушные течения – муссоны, пассаты, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы.
Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра – кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца.
Получение энергии с помощью ветрогенераторов Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) – устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.
Достоинства и недостатки ветрогенераторов
– Экологически-чистый вид энергии
Ветровая энергетика – лучшее решение для труднодоступных мест.
Относительно невысокий выход электроэнергии
Ветроэнергетика является наиболее развитой сферой практического использования природных возобновляемых энергоресурсов. Мировыми лидерами в ветроэнергетике являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. В настоящее время в России возникли новые организации, занимающиеся ветроэнергетикой, постепенно налаживается сотрудничество с зарубежными партнерами.
В России, по мнению экспертов, уникальное сочетание благоприятных факторов для развития ветроэнергетики:
богатый и хорошо изученный потенциал ветра (127 ТВтч);
большие объёмы энергопотребления, связанные с климатическими условиями и структурой экономики.
В настоящее время, прорабатывается и реализуется целый ряд проектов строительства ветроэнергетических станций (ВЭС), мощностью чаще всего от 100 до 300 МВт каждая, практически по всей территории страны, хотя большая часть сконцентрирована на северо-западе и юге европейской части России: Ленинградская область; Псковская область; Ростовская область и Северный Кавказ (Порт Кавказ, Анапа, Темрюк, Карачаево-Черкесия); Оренбург; Остров Русский в Приморье. Всего в России насчитывается 20-25 проектов ВЭС в разной степени продвижения.
Геотермальная энергетика – производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновимым энергетическим ресурсам.
Тепловая энергия недр образуется за счет расщепления радионуклидов в середине планеты. Этот экологически чистый и постоянно обновляемый источник энергии может быть использован в регионах с вулканическими проявлениями и геологическими аномалиями, когда вода вблизи от поверхности земли нагревается до температуры кипения, в результате чего в виде водяного пара может подаваться на турбины для производства тока. Горячая вода естественных источников (гейзеров) может быть использована непосредственно.
Однако тепло Земли очень “рассеянно”, и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии. Из них пригодные для использования геотермальные ресурсы составляют около 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры.
Биогаз – газ, получаемый метановым брожением биомассы. В результате биохимической реакции, в которой принимают участие метановые бактерии, выделяется биогаз, его основными составляющими являются: метан (СН4, около 70%), углекислый газ (СО2, около 30%) и некоторое количество h3, h3S, N2. Теплотворная способность данной газовой смеси от 5000 до 8000 Ккал/м3, в зависимости от состава органических отходов.
Характеристики возобновляемых источников энергии и основные аспекты их использования в России
Возобновляемые источники энергии Это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды (в том числе сточных вод)
Человечество давно научилось добывать возобновляемую (регенеративную) энергию, используя мощь рек. Но к концу ХХ века из-за энергетического кризиса, стремительного уменьшения запасов , газа, ухудшения экологии стал вопрос об использовании других источников, находящихся в окружающей среде. Благодаря разработкам ученых, стало возможно добывать энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных вод.
Интересно! В мире из возобновляемых источников получают 18% энергии, из которых на долю древесины приходится 13%.
По данным, предоставленным журналу Forbes Международным агентством по возобновляемой энергетике IRENA, к 2015 году в мире доля добываемой таким способом энергии составила около 60%. В перспективе к 2030 году ВИЭ выйдет в лидеры по производству электричества, оттеснив на второе место использование угля.
Гидроэнергия добывается на протяжении очень длительного времени, а вот новые виды возобновляемых источников энергии, такие как ветер, геотермальные воды, солнце, приливы, стали использовать совсем недавно – около 30-40 лет. В 2014 году доля гидроэнергетики составила 16,4%, энергия солнца и ветра – 6,3%, а в перспективе до 2030 года эти доли могут сравняться.
В европейских странах и США ежегодный прирост добычи энергии при помощи ветра составляет примерно 30% (196600 МВт). В Германии, Испании и США широко используется фотоэлектрический способ. Калифорнийская гейзерная геотермальная установка вырабатывает 750 МВт ежегодно.
Интересно! Датские ветряные электростанции в 2015 году обеспечили 42% энергии, а в перспективе до 2050 года планируется выйти на проектные 100% выработки «зеленой энергии» и полностью отказаться от ископаемых ресурсов.
Примеры возобновляемых источников энергии
Применение ВИЭ позволит решить проблемы энергетики районов с плохой экологической обстановкой. Провести электричество в отдаленные и труднодоступные области без использования ЛЭП. Такие установки позволят децентрализовать энергоснабжение в районах, куда доставка топлива экономически невыгодна. Большинство разрабатываемых проектов относится к автономным источникам энергии, работающим на таком сырье, как нетрадиционные возобновляемые источники энергии, получаемые из биомассы, торфа, продуктов жизнедеятельности животных, человека, бытовых отходов.
Активное развитие АИЭ получили в США, Канаде, Новой Зеландии, Южной Африке. Такие энергетические источники используются китайскими, индийскими, немецкими, итальянскими и скандинавскими потребителями. В России пока эта индустрия не вышла на промышленный уровень, поэтому применение регенеративной энергии очень невысоко.
На планете можно использовать не только такие, какие есть возобновляемые источники энергии, предоставляемые природными ресурсами. Сейчас ведется разработка технологий по добыче термоядерной, водородной энергии. Согласно последним исследованиям, лунные запасы изотопа гелий-3 огромны, поэтому сейчас ведется подготовка к работам по доставке этого топлива в сжиженном виде. По расчетам российского академика Э. Алимова (РАН) двух «Шаттлов» вполне хватит, чтобы обеспечить электроэнергией всю планету на целый год.
Возобновляемые источники энергии в России
В отличие от мирового сообщества, где «зеленую энергию» давно и успешно используют, в России этим вопросом занялись совсем недавно. И, если гидроэнергетика давно снабжает электричеством города и поселки, то регенеративные источники считались неперспективными. Однако после 2000 года из-за ухудшения экологической обстановки, уменьшения природных ресурсов и других не менее важных факторов, стало очевидно, что необходимо развивать альтернативные источники, вырабатывающие энергию.
Наиболее перспективным направлением является разработка установок, напрямую преобразующих излучение солнца в электроэнергию. В них используются фотобатареи на основе монокристаллов, поликристаллов и аморфного кремния. Электроэнергия добывается даже при рассеянном солнечном свете. Мощность можно регулировать, снимая или добавляя модули. Они практически не расходуют энергию на себя, автоматизированы, надежны, безопасны, их можно ремонтировать.
Для развития возобновляемых источников энергии в Дагестане, Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском крае установлены и работают солнечные коллекторы, обеспечивающие автономной энергией потребителей.
Интересно! 1 м 2 солнечного коллектора экономит до 150 кг условного топлива в год.
В России электроэнергетика, основанная на силе ветра, дает до 20000 МВт. Использование таких установок при средней скорости ветра 6 м/с и мощности 1 МВт экономит 1000 тонн условного топлива в год. Основываясь на научных данных, сейчас ведутся разработки, и вводятся в эксплуатацию энергетические комплексы. Однако использование таких возобновляемых источников энергии, как ветер, в России затруднено. Согласно закону, принятому в 2008 году, для ветряков должен использоваться очень мощный фундамент, а дороги, ведущие к строительству, должны быть отлично асфальтированы. Для примера, в европейских странах и США используется грунтовка.
Интересно! если в Тюменской области, Магадане, на Камчатке и Сахалине использовать установки, то с 1 квадратного километра можно собрать 2,5-3,5 млн. кВт/ч. Это в 200 раз выше потребления энергии на данный момент.
На сегодняшний день построены и работают ГеоТЭС на Камчатке, Курильских островах. Три модуля Верхне-Мутновская ГеоТЭС (Камчатка) вырабатывают 12 МВт, завершается строительство Мутновской ГеоТЭС на 4 блока, которые будут выдавать 100 МВт. В перспективе в этом районе возможно использование геотермальных вод для выработки 1000 МВт, плюс отсепарированная вода и конденсат могут отапливать здания.
На территории страны существует 56 уже разведанных месторождений, в которых скважины могут выдавать более 300 тысяч кубометров геотермальных вод в сутки.
Перспективы развития приливной электроэнергетики
1968 года на Кольском п-ове работает первая в мире экспериментальная приливная электростанция, вырабатывающая 450 кВт/ч. На основе работ этого проекта, было решено продолжить развитие приливных электростанций в России, как перспективных возобновляемых источников энергии на побережье Тихого и Северного Ледовитого океанов. Начато строительство в Хабаровском крае Тугурской ПЭС, проектная мощность которой составит 6,8 млн. кВт. Возводится Мезенская ПЭС в Белом море с проектной мощностью 18,2 млн. кВт. Такие установки сейчас разрабатываются и устанавливаются для китайских, корейских, индийских потребителей. Оборудование альтернативной приливной энергетики также изображено на первой картинке этой статьи.
Под пристальным вниманием ученых в последнее время возобновляемые источники энергии. Пришло то время, которое заставило задуматься о завтрашнем дне и ясно понять, что использование полезных ископаемых Земли не может быть бесконечным.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
Реакция термоядерного синтеза Солнца является основным процессом возникновения альтернативной энергии. Согласно расчету астрономов, предполагаемая жизнь этой планеты составляет пять миллиардов лет, что позволяет судить о практически бесконечных запасах солнечного излучения. Возобновляемые источники энергии - это не только поступающие потоки Солнца, но и другие производные - альтернативные источники: движение ветра, волн и в природе. В течение длительного времени природа приспосабливалась к использованию солнечного излучения и таким образом достигла теплового равновесия. Эта полученная энергия не приводит к всеобщему потеплению, так как, запустив все необходимые процессы на Земле, она обратно возвращается в космос. Рациональное использование возобновляемых источников энергии является первостепенной задачей
ученых, ведущих научные разработки в этой области. Ведь из всего полученного солнечного излучения только третья часть используется на поддержание жизненных процессов на Земле, 0,02% расходуется растениями для необходимого им фотосинтеза, а оставшаяся невостребованная часть возвращается обратно в космическое пространство.
Виды и применение
Возобновляемые источники энергии состоят из нескольких основных компонентов:
Национальная лаборатория Дании подготовила отчет, где было сказано, что уже к 2050 году мир сможет перейти на получение энергии с очень низким уровнем выброса углерода. При этом себестоимость ее будет гораздо меньше, чем стоимость добычи природных ресурсов из недр Земли.
