Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии

Наряду с широким использованием традиционных источников энергии в современном мире предпринимаются попытки вовлечь в хозяйственный оборот ресурсы так называемой  нетрадиционной (или альтернативной) энергетики. В данной статье рассмотрены виды альтернативных источников энергии и их преимущества и недостатки при применении к климатическим и географическим условиям местности

Авторы публикации

Рубрика

Энергетика

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 42 (44), Декабрь ‘21

Дата публицакии 17.12.2021

Поделиться

Развитие человеческого общества всегда базировалось на эксплуатации различных природных ресурсов. «Минувшее столетие человеческой истории прошло под знаком углеводородов — ископаемого сырья. Электрический свет, автомобильный транспорт, теплый дом, авиация и многие другие воспринимаемые нами как естественные и обычные жизненные блага появились благодаря тому, что человек научился извлекать энергию из природных ресурсов с высоким энергетическим содержанием (угля, нефти, природного газа). С ее помощью люди преобразовали Землю до неузнаваемости и создали для определенной части человечества современное «общество всеобщего благоденствия». [1] Но основные источники энергии, такие как нефть и газ ,постепенно оскудевают ,так как 80% всей производимой энергии на планете получают путем сжигания чего либо , в большей части полезных ископаемых .Но использование традиционных видов энергии несет планете огромные экологические проблемы, которые особенно остро стали заметны в новом тысячелетии. За всю историю существования человечества на Земле экологии планеты было нанесено больше всего вреда в 20 столетии, когда человек особенно интенсивно использовал традиционные источники энергии, основанные на применении минеральных ресурсов.

          Наряду с широким использованием традиционных источников энергии

в современном мире предпринимаются попытки вовлечь в хозяйственный оборот ресурсы так называемой нетрадиционной ( или альтернативной) энергетики. Альтернативные источники энергии – это солнце. ветер, океанические приливы, тепло земных глубин, морские течения. Эти неисчерпаемые ресурсы вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Альтернативная энергетика – это методы, которые позволяют получать  энергию более экологически чистым способом и приносят меньше вреда окружающей среде. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том ,что двуокись углерода (СO2),высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла , электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло, и таким образом участвует в формировании так называемого парникового эффекта. [2] У любого вида энергии есть свои достоинства и недостатки при применении к различным климатическим и географическим условиям местности. В данной статье рассмотрены основные виды нетрадиционных источников энергии.

           Солнечная энергия является одним из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Эту энергию больше всего преобразуют в электричество солнечными батареями. Энергия, которую Солнце посылает на нашу планету за один день достаточно на весь год. Значит основное преимущество этой энергии ее изобилие и возобновляемость, а так же экономичность и универсальность. Однако, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

         Основные недостатки солнечной энергетики заключаются в дороговизне и малой мощности, сложном процессе аккумуляции энергии , а так же зависимости от погоды и времени суток. Для развития гелиоэнергетики прекрасно подходят страны расположенные в тропических поясах, ведь там бывает до 300 солнечных дней в году. В современном мире лидерами в эксплуатации солнечных электростанций являются США и Франция. В Крыму с 2015 года построено шесть солнечных электростанций Крым является уникальным регионом России, в котором 5% всех потребностей в электроэнергии покрывается за счёт солнечной энергии и ветра.

          Для северных стран вырабатывать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, в них применяются редкие материалы .Для высокой выработки солнечной энергии требуются огромные площади .В Италии , Японии , Индии , Бразилии ведутся работы по использованию солнечных батарей ,их устанавливают на беспилотные автомобили и самолеты , обычные калькуляторы и часы ,а так же космические станции и спутники.

Солнечная энергетика применяется больше там, где она дешевле обычной.

Ветроэнергетика

С давних времен человеку служила энергия ветра. Еще две тысячи лет назад в Китае ,Египте и Индии применяли примитивные ветровые двигатели.

Запасы энергии ветра превышают в 100 раз запасы энергии всех рек на Земле. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное преимущество ветровой энергии– чистота К достоинствам этого вида энергии относится и ее возобновимость , эргономичность и экономичность.

Ветроэнергетика  хорошо развита в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. Во Франции , США , Нидерландах ведутся работы по конструированию ветровых установок на новой технологической основе. К началу 2016 года мощность всех ветровых генераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики. Ветровая возобновляемая энергия в России представлена немного хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

       Главный недостаток ветровой энергии в том, что сила ветра  непостоянна, а значит может быть маломощной и достаточно дорогой. Ветровые генераторы очень сильно «шумят», создавая низкочастотные звуки, которые отрицательно влияют на животных и человека ,поэтому одним из условий  является их удаленность от населенных пунктов. Строительство ветроэнергетических станций возможно в труднодоступных местах: горах, арктических островах.

         Первый ветровой парк в Ростовской области начал работать в марте 2020 года. Всего в регионе работают три ветровых парка, они уже поставляют энергию в сеть. Всего они вырабатывают 300 мегаватт. До конца 2020 года начнут работать ещё два ветровых парка, а в 2022 году их станет восемь с общим объёмом 700 мегаватт. Для сравнения - один блок АЭС вырабатывает 100 мегаватт [3]

         Геотермальная энергия или энергия земных недр еще один нетрадиционный ресурс альтернативной энергетики. На сегодняшний день технические возможности позволяют использовать энергию земных недр на тех территориях ,где есть естественные выходы горячего пара и термальных вод с перепадом температур 80-100 градусов. Геотермальные станции. ставят так же в вулканических районах, где вода находится у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её преобразуют  в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором. Преимущества этой энергии в том, что геотермальные станции экологичны, возобновляемы, они имеют свой собственный цикл восстановления, и они постоянны. К недостаткам геотермальной энергии можно отнести токсичность вод , из-за этого обычный сброс воды в наземные водоемы не осуществляется. По этой же причине приходится усложнять процесс возобновимости цикла .В основном геотермальные источники находятся в сейсмически активных местах планеты, следовательно такое «месторождение» может в один момент «захлопнуться». Геотермальная энергия очень хрупкая  энергия, но ее активно используют на геотермальных станциях западных регионов США, Италии, Мексики ,Исландии, Новой Зеландии, Японии. В России этот вид энергетики распространён на Камчатке. за счёт обилия вулканов Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. Ученые оценивают  потенциал Камчатки в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

          Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Энергия приливов является возобновляемой  и помогает восполнять энергетические затраты жителям прибрежных поселений. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины. Но установка одной такой станции требует огромных затрат. Мощность приливной электростанции (ПЭС) сильно меняется в течение суток из –за того что приливы непостоянны. Дороговизна и переменная мощность это еще не самые основные недостатки приливных станций. ПЭС наносят вред экологической среде, они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды, а так же условия жизни морской флоры и фауны. Впервые ПЭС была построена во Франции в 1967 году ,а в 2011 году самая мощная ПЭС появилась в технологичной Южной Корее. Приливные электростанции эксплуатируются в: Великобритании; Норвегии; Канаде; Китае; Индии; США. В России энергия приливов и отливов используется на Кислой Губе в Баренцевом море. Мезенская ПЭС, проектируемая в Архангельской области, имеет шанс стать самой мощной приливной электростанцией в мире. На этапе проектирования находится Северная ПЭС на Кольском полуострове. Данная электростанция будет обладать мощностью 12 МВт при годовой выработке энергии 23,8 млн к Вт· ч. «Морские ветряные электростанции существенно дороже береговых по капитальным затратам на единицу мощности, но они способны вырабатывать больше энергии». [1]

            Гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами строят на реках с сильным потоком для преобразования движения падающей воды в электрическую энергию. Потенциальные запасы энергии рек в мире ценны тем , что они являются возобновляемым источником энергии, используются круглогодично. Способ получения такой энергии является экологически чистым, потому что не выделяет парниковые газы в атмосферу, которые в значительной степени способствуют загрязнению окружающей среды и глобальному потеплению.

     Строительство ГЭС неэффективно в равнинных районах. Засуха резко снижает и даже прерывает производство электроэнергии на ГЭС. Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы, но эта проблема решаема, путем сооружения рыбоподъемников в плотине или перемещением рыбы в места нереста с помощью ловушек и сетей. Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества. Крупнейший производитель гидроэнергетики в мире сегодня это Китай, затем Бразилия, США, Россия. Огромный гидроэнергетический потенциал планеты используется сегодня в мире всего лишь на 1/5 часть.

 

Регион

млрд к Вт .ч

%

Страны СНГ

1100

11,

Зарубежная Европа

710

7,3

Зарубежная Азия

2670

27,3

Африка

1600

16,4

Северная Америка

1600

16,4

Латинская Америка

1900

19,4

Австралия и Океания

200

2,0

Весь мир

10000

100

 

        Экономический гидроэнергетический потенциал земли по регионам мира 

     Экономический гидроэнергетический потенциал России составляет 850 млрд к Вт. ч. причем на европейскую часть страны приходится 15%,а на азиатскую часть страны -85%. По прогнозам ученых гидроэнергетик, из –за своего изобилия, будет доминирующим энергетическим ресурсом в мире на многие годы вперед.

           Бесспорно, что у любого вида энергии есть свои достоинства и недостатки. «Совершенно очевидно, что мы достигли внешних пределов, до которых может расти глобальная экономика, построенная на базе нефти и других видов ископаемого топлива». Но альтернативная энергия будет развиваться еще больше в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля. Экологические преимущества при образовании тепла и электричества у альтернативного топлива Одной из главных задач разработчиков станций для выработки альтернативной энергии является снижение себестоимости установок. Используя альтернативную энергию человечество не только сохранит планету для будущих поколений, но и сможет значительно улучшить ее экологию.

Список литературы

  1. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / Владимир Сидорович — М.: Альпина Паблишер, 2019. — 208 с.
  2. Kiehl, J. T., Kevin E. Trenberth, 1997: Earth's Annual Global Mean Energy Budget. Bull. Amer. Meteor. Soc., 78, 197–208.
  3. Пресс-служба «Агентства инвестиционного развития Ростовской области» 2 мар. 2020 /https://www.donland.ru/news/8097/
  4. Безруких, П. П. Справочник ресурсов возобновляемых источников энергии России и местных видов топлива. Показатели по территориям / П. П. Безруких. — Москва : Энергия, Институт энергетической стратегии, 2007. — 272 c.
  5. Германович, В. Альтернативные источники энергии и энергосбережение. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В. Германович, А. Турилин. — Санкт-Петербург : Наука и Техника, 2014. — 320 c.
  6. Удалов, С. Н. Возобновляемые источники энергии : учебное пособие / С. Н. Удалов. — Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2014. — 460 c.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 4 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary