Альтернативная энергетика в мире

Как распределяются виды энергии в каждой системе

Различные виды энергии  используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике. Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности. Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.

Почти все ядерное топливо используется в электроэнергетической системе для выработки электроэнергии. Её доля в России составляет 18% от первичной энергии. Во Франции – 75%, Венгрии – 52% , Украине – 56%. В среднем в мире порядка 10%.

Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса. Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на  окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет  92% от общего объема первичного энергопотребления.

Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие  альтернативных видов топлива.

Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.

Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).

Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Виды альтернативных источников энергии

Виды установок отличаются способом выработки энергии: они могу быть активными и пассивными, автономными и зависимыми. Кроме того, важную роль играет выбор источника энергии.

Энергия ветра и солнца

Если вы считаете, что такие приборы и установки – дело будущего, вы ошибаетесь. Солнечные батареи давно и эффективно используются в разных уголках планеты. Более того, такие батареи можно приобрести в обычном магазине. Вопрос только в расчете эффективности использования их в том или ином месте.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния

Энергия солнца используется для работы тепловых установок. Там специальные солнечные коллекторы, накапливая энергию, преобразуют её в энергию тепловую. Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Если говорить об энергии ветров, то этот вид получения энергии основан на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями. Очень часто целые поля «ветряков» располагаются в долинах и пустынях, где сила ветров бывает колоссальной.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор

Исполнение их может быть разным. Все генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции. Они могут быть  с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различаться типом и количеством лопастей, могут располагаться даже в море.

Сила воды и тепло земли

Каждому ещё со школьной поры знакомо такое понятие как гидроэлектростанция. Мощнейшая сила воды используется на благо человеку не один десяток лет. Многокилометровые платины сдерживают давление огромных масс воды, течение которых помогают вырабатывать энергию.

Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций

Ещё один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Вариантом использования альтернативных источников энергии – использование геотермальных вод. Кипящая вода помогает воздавать электроэнергию и передает тепло. Это происходит с помощью специального теплового насоса.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии

Биотопливо

Биотопливо (переработка органического сырья или отходов) – один из перспективных способов добычи ресурсов. Современные технологии позволяют перерабатывать разные его виды — жидкое, твердое, газообразное и получать электрическую или тепловую энергию.

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель

В качестве биотоплива могут выступать отходы от обработки дерева (прессованные опилки), очисток орехов и семян. Данное топливо используют для выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС. Из отходов сельскохозяйственных культур производится также биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Плюсы и минусы использования

Как и любого топлива, у альтернативных источников энергии есть свои плюсы и минусы.

Плюсами использования являются:

• возобновляемость;
• экологичность;
• разнообразие вариантов использования;
• низкая себестоимость энергии.

Минусы использования:

• затраты на приобретение и установку оборудования, которое требует дорогостоящего ремонта;
• зависимость от внешних факторов (погодные условия);
• низкая мощность установок.

Альтернативные источники энергии – не дешевое удовольствие. Однако, такие вложения быстро окупаются

Традиционная энергетика

К традиционной энергетике относят угольные и газовые тепловые электростанции, а также ТЭЦ, работающие на мазуте. С точки зрения экологии наибольшие нарекания вызывает сжигание угля и мазута. В результате этого в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, окиси серы и золы. Увеличение содержания углекислоты в атмосфере, по мнению некоторых учёных, может привести к нежелательному изменению климата планеты. Окись серы вызывает кислотные дожди, зола может сильно загрязнять среду в регионе расположения электростанции. Сжигание газа загрязняет атмосферу во всех отношениях в меньшей степени и пока даёт самую дешёвую традиционную энергию, но разведанные запасы газа в отличие от угля весьма ограничены. При существующем уровне добычи известных запасов хватит на 50-60 лет. Сегодня традиционная энергетика является основным источником энергии для человечества.

Ядерная энергетика, которую иногда относят к традиционной, имеет существенные отличия. Во-первых, перспективы исчерпания запасов топлива, с учётом технологий наработки нового топлива в реакторах, гораздо более отдалённы. Во- вторых, она не загрязняет атмосферу ни углекислым газом, ни окисью серы. В-третьих, топливо ядерной энергетики не является ценным сырьём для других отраслей промышленности.

Основными достоинствами традиционной и ядерной энергетики являются стабильность выработки энергии и относительная свобода размещения (не локальность). Транспортировка ядерного топлива не вызывает существенных издержек, по трубопроводам газ и нефть можно относительно дёшево перемещать на большие расстояния, рентабельность угольных станций от размещения зависит более существенно, но не драматично.

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.

Как распределяются виды энергии в каждой системе

Различные виды энергии  используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике. Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности. Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.

Почти все ядерное топливо используется в электроэнергетической системе для выработки электроэнергии. Её доля в России составляет 18% от первичной энергии. Во Франции – 75%, Венгрии – 52% , Украине – 56%. В среднем в мире порядка 10%.

Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса. Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на  окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет  92% от общего объема первичного энергопотребления.

Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие  альтернативных видов топлива.

Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.

Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).

Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Альтернативная и традиционная энергетика

Единого определения альтернативных источников энергии нет. Обычно к ним относят источники не связанные со сжиганием не возобновляемого ископаемого топлива. Однако гидроэнергетика и даже ядерная энергетика может относиться разными авторами и к альтернативным, и к традиционным источникам энергии, хотя альтернативность традиционной гидроэнергетики вполне очевидна. Дальнейшие возможности развития гидроэнергетики ограничены. Поэтому далее в качестве альтернатив, доминирующей сегодня традиционной энергетике будут рассмотрены ветровая, солнечная и «не альтернативная» ядерная энергетика, хотя европейские страны, интенсивно развивающие безопасную ветровую и солнечную энергетику, сегодня пытаются избавиться в первую очередь от ядерной, а не традиционной энергетики.

В 2013 году в энергетику ВИЭ объем мировых инвестиций составил 250 млрд долларов, а 1100 млрд долларов инвестировано в добычу, транспортировку и переработку ископаемого топлива и строительство тепловых электростанций на ископаемом топливе (не уране).
В 2012 году МЭА отметило, что потребление угля продолжает расти быстрее всех возобновляемых источников энергии.

9) Гидроэлектроэнергия

Гидроэлектростанции очень популярны во всем мире. Примечательно, что в некоторых странах гидроэлектростанции обеспечивают население 75 процентами необходимой энергии.

Например, гидроэлектростанция в Итайпу (Парагвай) обеспечивает 90 процентов потребностей страны в энергии. Кроме того, эта станция обеспечивает энергией Бразилию, поставляя 20 процентов электричества необходимого всей Бразилии. Мощность гидротурбин составляет 10 процентов от всей мощности гидроэлектростанций во всем мире. 

Первая крупная ГЭС открылась на Ниагарском водопаде на американо-канадской границе в 1879 году. С помощью плотины обеспечивается более экологически чистая выработка энергии. 

В настоящее время, стоимость энергии ГЭС это менее половины стоимости энергии добываемой от солнечных батарей и в три раза меньше, чем себестоимость тепловой энергии.

Также гидроэнергия имеет КПД выше, чем при сжигании угля и газа. Например, КПД ископаемых углеродов составляет 50 процентов, когда как КПД ГЭС равняется 90 процентам. Кроме того, почти вся используемая вода для работы электрических турбин, возвращается в запасные хранилища. 

Ветроэнергетика

Глобальный рост установленной мощности ветрогенераторов.

Существуют ветрогенераторы с вертикальной и горизонтальной осью вращения ротора. Конструкция первых проще, но вторые имеют больший КПД, достигающий 30-40 %. Поэтому для промышленной ветроэнергетики используются генераторы с горизонтально осью ротора в основном с мощностями от 1 до 2.5 МВт и диаметром ротора от 50 до 80 м. Существуют и ветрогенераторы мощностью 8 МВт.

Затраты на ветроэнергетику сводятся почти исключительно к строительству, а стоимость энергии постепенно приближается к стоимости «традиционной» энергии. В силу шума и вибрации ветрогенераторы ставят на удалении от жилых домов 300 и более метров, но непосредственно под ветрогенераторами можно продолжать сельскохозяйственное производство. Пока существует множество перспективных площадок для размещения мощностей на берегу и в море. В частности, Германия, Дания и Нидерланды собираются создать на банке Северного моря остров для большой ветроэлектростанции. В 2014—2015 годах в Дании с помощью ветрогенераторов производилось 42 % всего электричества, в Португалии 27 %; в Никарагуа 21 %, в Испании 20 %, в Ирландии 19 %, в Германии 8 %, а в Европейском союзе 7,5 %. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта и превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики. Однако, существует так называемый capacity factor (Коэффициент использования установленной мощности — КИУМ), который определяет эффективность работы электрогенератора. По данным US Energy Information Administration (EIA), на 2015 год этот коэффициент для атомных электростанций составлял 92.3% от установленной мощности, для ветрогенераторов — 32,2% от установленной мощности. Применять эти значения для генерирующих мощностей во всем мире не совсем правильно, но отношение вряд ли будет сильно отличаться.

На сегодняшний день ветроэнергетика это экономически наиболее перспективный вид ВИЭ и развивается по экспоненте. Её потенциал весьма велик. Ветреная береговая линия континентов протяжённа. Станции можно строить не только на берегу, но и в море. К тому же сегодня промышленная ветроэнергетика использует ветер только на высотах до 200 м от поверхности земли.

5) Энергия прилива

Приливные турбины используют мощную полярную силу приливов и отливов для выработки электроэнергии. Единственный минус этого вида энергии в невозможности предсказать силу приливной энергии. Но солнечная и ветровая энергия также зависит от погодных условий и времени года. То есть ни сила прилива, не солнечная или ветровая энергия, не может дать энергетикам точно определить заранее, сколько то или иное оборудование сможет выработать энергии в определенный период времени. Правда в последние годы появилось оборудование, которое способно собирать энергию от прибрежных и подводных течений, которые вполне можно предсказывать и соответственно рассчитать заранее получаемую энергию. 

Энергия ветра

Одним из перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Ветроэнергетические установки (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых западноевропейских странах (например в Дании, где 25% всей электроэнергии добывают именно таким способом). Ветроэнергетика является весьма перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций данного типа.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума (вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей), мешают перелетам птиц  и насекомых, а также создают помехи в прохождении радиоволн  и работе военных.

8) Солнечная энергия

Солнечная энергия не является новой. Швейцарский ученый Хорас де Соссюр построил первое устройство в 1767 году, которое, используя тепловую энергию, нагревало воду для мытья и приготовления пищи. Позже Кларенс Кемп запатентовал первый солнечный водонагреватель в 1891 году. 

Из-за нефтяного кризиса в 70-х годах в мире началось движение по исследованию альтернативной энергетики.

Несмотря на снижение цен на нефть, в следующих двух десятилетиях, исследование продолжилось и в итоге окупилось. В 2014 году стоимость солнечной энергии составила на 99 процентов меньше чем в 1977 году. Это делает солнечную энергию жизнеспособным вариантом для перехода от зависимости от ископаемого топлива. 

Современные солнечные панели не имеют подвижных частей, которые могут часто выходить из строя. Также они требуют минимального обслуживания, и имеет срок службы 20-30 лет. В течение нескольких лет стоимость установки солнечных батарей уменьшиться вдвое. 

Так что в будущем нас ждут окна с солнечными батареями, стены, дороги, автомобили, самолеты, катера, поезда и многое другое, что будет способно получать энергию от солнца.

Россия, как страна альтернативных источников энергии

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

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

Россия

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

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

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

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

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

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

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

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

Гидроэнергетика

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

Геотермальная энергетика

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

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

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

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

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

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

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

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.

Джоули из людей

Сразу несколько исследовательских центров мира загорелись идеей использовать для выработки энергии потоки людей. Специалисты заметили, что ежедневно через турникеты проходит не одна тысяча человек.

Первой в мире такой альтернативный источник энергии стала использовать японская компания East Japan Railway Company. Она оборудовала генераторами каждый турникет на вокзале токийского района Сибуя. За переработку вибраций и давления в электричество отвечают пьезоэлементы. Они встроены в пол под каждым турникетом. Есть еще несколько примеров использования людских потоков в качестве источника энергии.

• Технология «энерго-турникетов». Распространена на территории Нидерландов и Китая. В этих странах изобретатели заменили эффект нажатия на пьезоэлементы на эффект толкания ручек дверей-турникетов или просто турникетов.
• Толкание дверей. Такую технологию предложила голландская компания Boon Edam. Стандартные крутящиеся двери заменили такими, которые человек сам должен толкать, чтобы они начинали крутиться. В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже производят 4600 кВт·ч энергии в год.