Технологии альтернативной энергии

Альтернативные источники энергии

Человек издревле использовал различные виды энергии и в первую очередь ветра ,как движитель для кораблей, что позволило усилить развитие торговли и передачу научных данных. Возобновляемое топливо из отмерших растений и отходов жизнедеятельности былo источником тепловой энергии и служило людям помощью в приготовлении пищи и получения первых металлов.

Энергия воды приводила в действие мельничные жернова. На протяжении тысячелетий это были основные виды энергии, которые сейчас мы называем альтернативными источниками. С постепенным развитием геологии и технологий добычи полезных ископаемых из недр планеты стало экономически выгодней добывать углеводороды и сжигать их для получения энергии по мере необходимости, чем ждать пока природа позволит воспользоваться своими дарами и в дальнейшем надеяться на удачное совпадение обстоятельств :удачное совпадение течений, направления ветра, облачности и т.д.Частая нестабильность и изменчивость погодных условий , не позволяющих в полной мере удовлетворить потребности людей для развития науки и отдельных отраслей жизнедеятельности , а также дешевизна двигателей, работающих на ископаемом топливе, заставили прогресс развиваться по пути использования энергии недр земли.

В настоящий момент времени ,очень широкую популярность приобрел интересный термин «энергетическая безопасность» которая стоит в одном ряду с военной, экономической, национальной ,экологической, продовольственной и другими видами безопасности .

Данный термин можно понимать как состояние защищенности страны, ее граждан, общества и экономики от внешних и внутренних угроз надежному топливно- и энергообеспечению.

Чтобы обеспечить данную безопасность, требуется своевременно выявить основные проблемы энергетики и обеспечить способы их решения в полной мере подходящие для осуществления этих способов в условиях переменчивой экономической ситуации на территории РФ. Для ХХ –XXI веков характерен повышающийся спрос на первичные энергоресурсы и как следовательно высокий рост потребления энергоресурсов и электроэнергии.

В последние годы уверенно просматривается тенденция увеличения потребления электроэнергии. Например в мире в 15 раз возросло совокупное потребление электроэнергии и в 4,4 раза увеличился расход электричества на одного жителя планеты . Причем темпы использования энергоресурсов только продолжают расти.

Вместе с тем продолжаются активные освоения первичных источников энергии с более высоким энергосодержанием — каменный уголь, уран, газ, нефть. При более детальном рассмотрении проблем связанных с энергетикой можно наблюдать , так называемую «триаду энергетических проблем»

Во-первых, основными на сегодняшний период времени источники энергии являются, в большинстве своём, невозобновляемыми , причем распределены по планете неравномерно. Из-за этого одни страны испытывают дефицит энергоресурсов и вынуждены тратить большую часть бюджета на их покупку, становясь при этом зависимыми от своих же поставщиков. Другие , наоборот, могут выйти на легкий ,но высокодоходный заработок, что сулит таким государствам стать сырьевыми придатками стран, выбравших инновационный путь развития. Ярким примером этому является Россия ,которая десятилетия назад плотно «сидела» на углеводородной трубе, но теперь взяла чёткий курс на освоение более совершенных способов добычи электроэнергии.

Во- вторых, современные способы выработки энергии приносят заметный ущерб экологической составляющей нашего мира: техногенные выбросы в воздушное пространство планеты, её недра и водные составляющие.Из-за этого погода становится более непредсказуемой , а климат на планете меняется . В дополнении к этому следует упомянуть о крупных авариях на антропогенных объектах, таких как АЭС Фукусима-1 или Чернобыльская АЭС.

В-третьих, всё вышеперечисленное становится причиной появление новых геополитических и социальных проблем. Дефицит источников энергии вынуждает государства развязывать новые конфликты за энергоресурсы или осуществлять передел территорий с их запасами ненасильственными методами, а климатические проблемы приводят к ухудшению ситуации в сельскохозяйственном секторе. Незапланированные изменения погоды способны лишить фермеров урожая и вызвать голод не только в регионе, но и в стране ,что в свою очередь может привести к социальным бунтам или миграции населения.

Решить все проблемы, входящие в триаду, возможно путём сбережения энергоресурсов или замещения ископаемого топлива на нетрадиционные , возобновляемые источники энергии с вовлечением всё большего числа стран , что в свою очередь будет приносить пользу не только в отношении экологии ,но и геополитики .Именно это даст людям возможность перейти на новый уровень своего развития.

Виды чистого производства электроэнергии:

1.СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ – Среди всех альтернативных источников энергии на солнечную энергетику возлагают высокие надежды , ведь её можно использовать не только для выработки электроэнергии , но и нагрева теплоносителей без дальнейшего его преобразование в электричество . Тем самым солнечные батареи закрывают сразу 2 потребности: обеспечения каких либо инфраструктур энергией ,а так же их обогревом.

Первая работающая технология использования солнечных батарей появились в 70-х годах прошлого столетия. На сегодняшний момент солнечные электростанции вошли в широкий сектор применения, хотя доля вырабатываемой ими энергии не велика. КПД имеющихся на сегодняшний день батарей находится в районе 14% в то время как КПД АЭС находится на уровне 35-45% .

Плюсы: Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей; Полная безопасность для окружающей среды ; Возможность использования в качестве автономной электростанции для отдельно взятого дома.

Минусы: Зависимость от погоды и времени суток; Высокая стоимость конструкции; Необходимость использования больших площадей.

2.ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГИЯ – Еще одно направление, способное стать альтернативой традиционной энергетике. Впервые интерес к этому источнику энергии возник в 70-е годы прошлого века, в связи с нефтяным кризисом ,вызвавшим колоссальные экономические проблемы .Данное направление специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс, за счет вращения лопастей, которые подключены к генератору, в электрическую, тепловую, механическую или в любую другую , удобную для использования в хозяйстве энергию. Большие ветряные электростанции способны снабжать энергии небольшие города не вызывая негативного воздействия на биосферу земли.

Плюсы: Энергия ветра не производит никакого загрязнения окружающей среды; Ветровые электростанции могут быть построены как на мелководье ,так и на малоизвестных прибрежных местностях.

Минусы: Энергия ветра является непостоянной ; Большие ветровые электростанции могут производить негативное влияние на эстетический вид; Дороговизна производства и установки ветрогенераторов.

3.ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ -В основе геотермальной энергетики лежит использование горячих источников, пар которых направляется на турбину, которая своим движением приводит в действие электрогенераторы. Подобные станции уже работают в 24 странах мира. Первая из них была открыта в далеком 1904 году в Италии. Так как источником энергии в таких станциях являются геотермальные источники, их можно использовать только в местах их расположения, что является немалым ограничением для того, чтобы рассматривать этот метод в качестве энергетики будущего. В нашей стране действуют только 3 геотермальных электростанции небольшой мощности на Камчатке

Плюсы: Неиссякаемость источника; Полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года

Минусы: Необходимость возобновляемого цикла поступления воды в подземный водоносный горизонт

4. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГИЯ –несколько десятилетий назад возможность использования водорода в качестве одного из источников энергии считалась недостижимой для развития в данной отрасли. Такое положение определили преимущества водородной энергии. В основе получения энергии водорода является реакция водорода, во время которой выделяются тепло и вода, образуя электричество. Способ получения экологически чистый но не до конца безопасный. Данный источник энергии – доступен и неисчерпаем ,а так же отличается высоким КПД по сравнению с остальным экологически чистыми способами выработки энергии. Но в данном способе выработке энергии возникают свои проблемы.Они возникают из-за громадных инвестиций, необходимых для создания подобных проектов ,а так же отсутствие технологий позволяющих контролировать высокую температуру , возникающую в результате водородных реакций.

Перспективы: В 2006, как и в 2005 году большая часть малых энергоустановок была установлена в Японии. Японская компания NEF (New Energy Foundation) объявила о начале многолетнего демонстрационного проекта применения малых стационарных топливных элементов и была субсидирована установка 6400 топливных элементов. В 2005 году стоимость 1 кВт водородной бытовой станции в Японии составляла 10 млн ¥, работы по её установке стоили еще 1 млн ¥. К середине 2008 года в Японии было установлено ещё около 3000 бытовых энергостанций на водородных топливных элементах, а их стоимость снизилась до 2 млн ¥ ,это наталкивает на определенные домыслы о том, что за водородной энергетикой стоит не далёкое будущее.

5.БИОТОПЛИВО – Ученые ежедневно ведут разработки в областях альтернативного вида топлива. На сегодняшний момент времени многие страны занимаются производством биотоплива, и Россия не является исключением. Биотопливо в России начали воспроизводить не так давно, однако эта область имеет широко идущие перспективы. Биотопливо – это вид топлива созданного из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности различных организмов или других биологических отходов. В данное время существуют несколько электростанции работающих как на твердом, жидком и газообразном биотопливе. Однако ,сжигание твердого биотоплива для выработки электроэнергии является невыгодным ,так как уровень КПД при сжигании такого топлива составляет лишь 25%.Гораздо более выгодным являются электростанции работающие на газообразном биотопливе так как при его сгорании выделяется больше энергии чем от твердого биотоплива .Большинство ученых считают , что именно биотопливо в будущем заменит нам привычные способы выработки электроэнергии и избежать мирового энергетического кризиса .

Плюсы: Производить биотопливо можно из самых разных органических материалов; Производство биотоплива поможет решить проблемы, связанные с утилизацией мусора.

Минусы: Массовое выращивание растений, предназначенных для производства биотоплива, способно истощить плодородные земли и послужить причиной голода во многих странах.

Основные проблемы альтернативной энергетики

Отсутствие государственной поддержки:

Самой главной проблемой в использовании альтернативных источников энергии является дотационность. К примеру, введение новых технологий выработки электроэнергии в страны с довольно прохладным климатом и недостаточным количеством солнечных дней потребует значительной финансовой поддержки. Именно из-за этого без государственной поддержки использование альтернативных источников энергетики будет убыточным и бессмысленным. Значительные затраты потребуются не только на производство ,но и на транспортировку энергии до потребителей.

Альтернативная энергетика не подходит для задействования в промышленном секторе:

Энергия, вырабатываемая экологическим способом, нуждается в «страховочном» дублировании другими типами электростанций. Это обусловлено тем, что ее производство зависит от множества неконтролируемых природных факторов. Именно поэтому в большинстве стран альтернативная энергетика выполняет функции дополнительного источника, но заменить собой традиционную энергетику она пока что не в состоянии.

Зависимость от погодных условий:

Непостоянство природных явлений – это еще одна серьезнейшая проблема в альтернативной энергетике. Солнечный свет может в любой момент скрыться из-за туч, ветер утихнуть, а высота приливов изменится. Установив на крыше дома солнечные панели их владелец становится заложником природы. Даже если до этого были накоплены избыточные запасы энергии – в период длительного простоя электростанций они иссякнут.

Низкий уровень КПД вырабатываемый природными источниками генерации электроэнергии не позволяет применять их в полной мере как основной источник. К примеру, для обеспечения жилого дома электричеством в объеме 200-300 Вт площадь солнечных панелей должна составлять не менее 20 м².

Длительный процесс оформления документов:

Людям, желающим открыть свою электростанцию, придется оформлять очень большое количество бумаг и разрешений. Перед началом работ по установке потребуется столкнуться с необходимостью в получении большого количества бумаг, разрешений, согласие соседей и пр. Также потребуется ознакомление с довольно большим перечнем условий и требований по техническим характеристикам строящихся объектов.

Шумная работа электростанций:

Шумная работа не характерна для всех видов альтернативной энергетики ,однако игнорировать наличие данного фактора нельзя. При работе ветротурбины шумовой эффект достигает 34-45 дБ на расстоянии 20 метров. Непрекращающийся шум будет неприятен как владельцу дома, так и его соседям. Еще один минус альтернативной энергетики – неприятный запах. Он характерен для биоэнергетики, основанной на разложении отмерших растений, биомусора и др.

Высокая стоимость оборудования и обслуживания:

Производство оборудования для электростанций – это сложный и трудоемкий процесс, требующий значительных финансовых вложений. Высокая стоимость солнечных батарей обусловлена тем, что в их состав входит фотоэлемент, разработанный на основе кремния. Кремний должен пройти предварительное очищение и преобразование, а это обходится производителям недешево. Так же дела обстоят и с другими источниками энергии, основанной на использовании природных ресурсов.

ВЫВОД: Мир столкнулся перед серьезной проблемой нехватки электроэнергии. Одним из путей решения данной проблемы я вижу в экологичных видах выработки электроэнергии. Я считаю, что в обозримом будущем мы будем использовать их, повысив их эффективность и поборов их дороговизну.

Альтернативные источники энергии для частного дома. Это не только энергия солнца и солнечные батареи

В последнее время у всех на слуху «зеленая энергетика». В Западных странах усиленно пытаются перейти на генерацию электроэнергии, которая полностью основана на базе возобновляемых (неисчерпаемых, с человеческой точки зрения) источников. Получится это или нет и в какие сроки — это уже другой вопрос. Но их маниакальное упорство в этом стремлении часто побеждает разум и элементарную логику. Ну да ладно — это их выбор и их путь.

Обычный среднестатистический человек в нашей стране, если речь заходит о «зеленой энергии» для частного дома, сразу представляет себе солнечные батареи, которыми устлана вся поверхность крыши домостроения. Да, это самый распространенный и реальный вариант обеспечить дом (полностью или частично) электроэнергией из «дармового» и неисчерпаемого источника. Вот только для того, чтобы превратить энергию Солнца в электричество придется закупать и устанавливать довольно таки дорогое оборудование. А вот о стабильности получения необходимого объема такой электроэнергии мечтать не приходится. Выработка электроэнергии будет зависеть от географии (региона, в котором находится дом), погоды, сезона, времени суток и т.д.

Но не только солнечный свет можно использовать как источник возобновляемой энергии, который можно использовать для частного дома!

Энергия ветра

Все видели фотографии (а может быть и не только фотографии) огромных полей с установленными на них гигантскими ветрогенераторами, длина лопастей которых превышает 50 метров. Ветер приводит в движение лопасти ветрогенератора, которые вращают турбину. Вырабатывается электроэнергия. Объем выработки электроэнергии зависит от скорости (силы) ветра, воздействующего на лопасти. Но это, так сказать, промышленные масштабы. А что с выработкой электроэнергии ветряком (ветрогенератором, ветроустановкой, ВЭС) для частного дома? Существуют и мини ветроустановки, которые с успехом можно использовать для выработки электроэнергии для бытовых нужд в частном доме. Мини ветроустановки прекрасно будут работать в степной и гористой местностях и в прибрежных районах. При высоте мачты в 5 метров, длине лопасти в 1 метр (для 4-х лопастных установок) и ветре 12-15 метров в секунду, ветроустановка способна выдавать мощность приблизительно до 1кВт. Вырабатывать же электроэнергию ветряки начинают лишь при минимальной скорости ветра 3-4 метра в секунду. При такой «начальной» скорости ветра, ветроустановка, конечно не сможет выдавать заявленную производителем номинальную мощность. Поэтому годовая выработка электроэнергии ветрогенератором рассчитывается в зависимости от среднегодовой скорости ветра в месте установки ветряка. Установка четырех таких ветряков теоретически может полностью обеспечить потребность в электроэнергии среднестатистического частного дома. Но понятно, что наличие ветра и его скорость вещи непредсказуемые. Соответственно, даже с учетом аккумулирования излишков электроэнергии в то время, когда ветряки работают на 100%, обеспечить надежное и бесперебойное снабжение частного дома электроэнергией, исключительно вырабатываемой ветряками, довольно проблематично.

Комплект оборудования для мини ВЭС и её монтаж обойдутся, конечно, очень недешево. При выборе удачного места установки мачты с ветряком и использовании такой ветряной электростанции в качестве альтернативного источника электроэнергии, можно окупить все затраты примерно за 5-20 лет (опять же по заявлению производителей). Да, срок не маленький, но после этого срока электроэнергия, вырабатываемая ветряком, будет практически бесплатной.

Стоимость ветровой электроэнергии зависит от многих параметров, но приблизительно она в 2-3 раза дороже электроэнергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях и сопоставима со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой на ТЭС.

При использовании ветряка в качестве источника электроэнергии для дома, в силу главного недостатка ветряков (нет ветра — нет электроэнергии), полностью отказаться от сетевого электричества вряд ли получится. Придется комбинировать источники электроэнергии — ветряк плюс централизованная электрическая сеть.

Энергия воды

Мини гидроэлектростанция вполне может стать альтернативным источником электроэнергии для частного дома. Они довольно компактны и не требую строительства плотины или других вспомогательных сооружений. Правда необходимым условием для получения электроэнергии таким способом является наличие на небольшом расстоянии от домостроения реки, канала или водовода. Да и скорость потока воды должна быть не менее 0,7 метра в секунду. Генератор такой мини ГЭС Погружается в свободный поток реки (канала, водовода) и преобразует вращение турбины в электрическую энергию. Обычно мощность гидроагрегатов мини ГЭС для дома составляет от 0,3 до 5 кВт. С помощью мини ГЭС можно полностью обеспечить частный дом электроэнергией. Мини ГЭС накопительного типа позволяют «запасать» избыток вырабатываемой электроэнергии в аккумуляторах и при увеличении потребления электроэнергии в доме, выше вырабатываемой мини ГЭС на текущий момент, восполнять дефицит электроэнергии из аккумуляторов.

Мини ГЭС — это одно из самых перспективный направлений альтернативной энергетики. Работа мини ГЭС не зависит от погодных условий. И хоть оборудование мини ГЭС стОит дорого, но производители заявляют о сроке окупаемости таких установок всего за 2-4 года, в то время, как срок эксплуатации мини ГЭС составляет порядка 20 лет.

Геотермальная энергия

Геотермальную энергию (тепло недр земли) используют обычно в местах выброса горячих сейсмических источников на Дальнем Востоке, Камчатке и т.д. Да и используется этот вид энергии почти повсеместно в промышленных масштабах. Но благодаря развитию технологий теперь возможно использовать геотермальную энергию «в частном порядке» для отопления дома и в перспективе для выработки электроэнергии.

Принцип отопления дома с помощью геотермальных источников энергии очень похож на принцип работы обычного кондиционера, работающего в режиме обогрева. Тепловой насос (основной элемент такой системы отопления) имеет два контура. Первый контур — это обычная система отопления дома (трубы, батареи отопления). Второй контур — находится под землей или под водой. Теплоноситель второго контура вода. Она принимает температуру среды, через которую проходит, поступает в тепловой насос и нагревает теплоноситель первого контура, который циркулирует по системе отопления дома.

Современные техника и технологии позволяют обогревать данным методом частные дома, находящиеся в любом регионе (не обязательно в районах с горячими сейсмическими источниками). Небольшая разница температур (всего в несколько градусов между температурой на поверхности земли и на небольшой глубине) позволяет получить тепловую энергию, которой вполне хватает для отопления дома.

Положение с выработкой электроэнергии для частных домов с помощью геотермальных источников немного сложнее. Принцип выработки такой электроэнергии известен давно и используется в работе больших геотермальных электростанций. А вот на уровне «мини» такие электростанции еще практически не выпускаются.

Развитие геотермальной энергетики имеет огромные перспективы, так как температура геотермальных источников стабильна и не зависит ни от погодных условий, ни от времени года.

Подводя итог можно сказать, что использование альтернативных источников энергии в частном доме — это не фантастика, а реальность современной жизни. Не смотря на то, что выпускаемое оборудование для выработки электроэнергии из любого альтернативного (возобновляемого) источника стОит, на сегодняшний день, довольно дорого и имеет относительно большой срок окупаемости, такие «альтернативные мини электростанции» всё чаще можно встретить на наших просторах.

Несомненно, с развитием технологий, стоимость таких альтернативных микро и мини электростанций, срок их окупаемости и стоимость вырабатываемой электроэнергии будут уменьшаться!

Что такое альтернативные источники энергии и какое у них будущее

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

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

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

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

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

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

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

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

• Солнечный свет
• Водные потоки
• Ветер
• Приливы
• Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
• Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop .

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. 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. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

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

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

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода 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 перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

• Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

• Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

• Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

• Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.

• Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.

• Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

• Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.

• Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.

• Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.

• Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

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

First Solar Inc.

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

Vestas Wind Systems A/S

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

Atlantica Yield PLC

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

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Ветер, солнце и вода — история зелёной энергетики

Полный гайд по истории возобновляемых источников энергии

Полный гайд по истории возобновляемых источников энергии

Автор текста: Олеся Викулова

Рисовала картинки Полина Ильина

История опубликована 11/08/2021 0 Comments –> 11 минут

Сегодня тема возобновляемых источников энергии (ВИЭ ) интересует не только профессионалов, но и обычных людей. О ней много говорят в новостях, а экологи призывают глав стран в кратчайшие сроки перейти на зелёные технологии, чтобы приостановить климатический кризис. Многие страны, включая Европейский Союз , уже начали реализовывать собственные программы зелёного курса, где ВИЭ играют ключевую роль.

Тема ВИЭ вызывает и множество разногласий в самых разных кругах: «Если такая энергия не наносит урона планете, почему мы всё ещё используем уголь, нефть и газ?» или «Я слышал, это очень дорого, нас просто хотят обмануть эти зелёные корпорации».

И если на западе, да и во многих других странах этот этап уже пройден, то для России ВИЭ зачастую воспринимается как что-то новое.

Более того, по мнению скептиков, «новые технологии» ещё не доказали своей эффективности. Но так ли это?

Новое или хорошо забытое старое

На самом деле возобновляемая энергетика — самый древний и безопасный способ получения энергии. На протяжении веков возобновляемая энергия была единственным доступным источником энергии для жителей Земли, если не брать мускульную силу самого человека и животных. А вот ископаемые источники энергии взяли верх только во время промышленной революции — всё дело в том, что они просто оказались выгоднее на определённом этапе развития цивилизации. Однако в то время никто не предполагал, что уголь, нефть, а затем и газ нанесут непоправимый урон климату планеты буквально за какую-то сотню лет. Так, ископаемое топливо оказалось бомбой замедленного действия, а проверенное веками ВИЭ — на долгие годы ушло на второй план.

Чтобы разобраться во всех тонкостях темы возобновляемой энергетики, мы подготовили для вас серию материалов, первый из которых мы посвящаем истории возникновения ВИЭ. В нём обсудим историю трёх самых широко упоминаемых видов возобновляемой энергетики — солнечной, ветряной и гидроэнергетики, чтобы увидеть, какой огромный путь проделала наша цивилизация в сфере зелёных технологий.

Ветроэнергетика

История ВИЭ — это история больших открытий, начавшихся ещё до начала нашей эры. На протяжении тысячелетий люди искали способы получения энергии новыми способами. Использование человеком ветра берёт своё начало из древности. Давайте вспомним парусные суда Древнего Египта, Греции и других цивилизаций, которые люди использовали ещё 5500 тысяч лет назад. Позже начали появляться мельницы и естественная вентиляция.

Ветряные мельницы веками использовались на Востоке (в Китае, Персии и других странах) и только к X—XII веку перекочевали в Европу, где особое распространение получили на территории современных Нидерландов и ряде других северных стран. В странах с низкими температурами такой способ получения энергии имел серьёзное преимущество перед использованием кинетической энергии воды, которая могла замерзать в зимний период. Мельницы использовали веками без серьёзных модификаций.

Только в 1854 году Дэниел Халладей придумал саморегулирующийся ветряной насос и систему, при которой мельница могла автоматически поворачиваться по направлению ветра. Тогда же деревянные лопасти заменили на металлические.

Поворотным также стал и 1887 год, когда была создана первая в мире ветряная турбина, которую можно было использовать для производства электроэнергии. Шотландский учёный Джеймс Блит использовал её для освещения собственного дома (излишки электроэнергии он даже предлагал жителям своей улицы, но они отказались). Таким образом он стал первым человеком в мире, который автономно обеспечил себя электричеством за счёт энергии ветра. Уже на следующий год первый ветрогенератор появился и в США. Чарльз Браш сконструировал уже более сложный и крупный ветрогенератор, чтобы так же провести электричество в свой дом. Его компания Brush Electric в штате Огайо была продана в 1889 году, а уже в 1892 году объединена с Edison General Electric Company в легендарную компанию General Electric.

В 1891-1895 датский учёный Пол Ля Кур занимался разработкой и усовершенствованием этой технологии представил обществу ветрогенератор, который обеспечивал стабильное напряжение. В дальнейшем он создал прототип электростанции для освещения не одного дома, а уже целой деревни.

В двадцатых годах прошлого века французский учёный Джордж Дарье изобрёл первую вертикальную турбину (в США её запатентовали только в 1931 году). Форма лопастей довольно сильно отличалась от лопастей современных вертикальных турбин. Их ещё называют ортогональными ветрогенераторами.

И уже в 1930-х годах учёные Джо и Марселлус Джейкобс из США открыли первую фабрику по производству и продаже небольших ветряных турбин в Миннеаполлисе — Jacobs Wind (сейчас это самая старая компания в США, которая создаёт оборудование для возобновляемой энергетики). В сельских районах США фермеры использовали их преимущественно для освещения.

Кстати, предшественником современных ветряков часто называют ялтинский ветряной двигатель, который обладал серьёзной мощностью не только для того времени, но и для сегодняшних дней. Более того, его производительность была весьма близка к той, что показывают современные ветрогенераторы.

В 1941 году была запущена первая в мире ветряная турбина мощностью в один мегаватт (в штате Вермонт, США). Конструкция была подключена к местной электросети. К 1957 году та самая компания Jacobs Wind продала уже 30 000 турбин в самые разные уголки планеты. Но поворотным годом в развитии ветряной энергетики стал 1973 год, когда было объявлено нефтяное эмбарго поставщиками нефти, и цены на нефть взлетели вверх. Это вызвало большой интерес к альтернативным источникам энергии. И уже в 1980 году открылась первая в мире ветряная электростанция на 20 турбин (США).

В дальнейшем ветряная энергетика развивалась намного стремительнее. К 1980-м годам США при поддержке Национального научного фонда и Министерства энергетики уже проводили серьёзные исследования в области ветрогенерации. Именно в этот период появились новые технологии в постройке ветрогенераторов, а их единичная мощность достигла мегаваттного класса. Этого удалось добиться, изучая аэродинамику ветряных установок. Тогда стало понятно, что получение энергии с помощью ветра может стать по-настоящему масштабным. И уже в 1991 году открылась первая в мире морская плавучая ветряная электростанция в Дании, а в Великобритании береговая ветряная электростанция.

В 2019 энергетическая компания Equinor получила разрешение на строительство крупнейшей в мире плавучей морской ветряной электростанции в районе Тампена в Северном море. Ожидается, что такая электростанция сможет обеспечить электричеством не менее 4,5 млн домов.

Солнечная энергетика

Если ветроэнергетика скорее модифицировалась и совершенствовалась, то с солнечной энергией дела обстоят иначе. Здесь открытия учёных в течение последних десятилетий кардинально изменили способы использования солнечного света.

Древние люди использовали солнечный свет для нагревания пищи, отопления домов и розжига. В первые века нашей эры — 100-400 годы — стал популярен солнечный нагрев воды. Римский архитектор Ветрувий после поездки в Грецию, где уже строили дома на южную сторону для дополнительного отопления за счёт нагревания стены и всего здания солнечными лучами, решил применить эту идею и в Риме. Так были усовершенствованы римские бани, которые тоже нагревались с помощью солнца.

Сложно оценить, когда человечество подошло к идее использовать солнечную радиацию для получения электрической энергии. Если уходить к самым истокам направления, то стоит вспомнить Александра Беккереля, который ещё в 1839 году изучал влияние света на электролиты. Кстати, для изучения использовались зеркала и линзы. Он сумел с помощью специального раствора (на базе хлорида серебра и кислотного раствора) создать ячейку, которая не просто нагревалась, а производила электрическую энергию.

Но настоящий прорыв случился в 1860 году, когда француз Огюстэн Мушо изобрёл первую в мире солнечную энергетическую систему. После своих предсказаний, что однажды наши запасы угля закончатся, Мушо провёл испытания своего «солнечного счётчика».

Первым же, кто открыл солнечные батареи, стал Чарльз Фритц, который в 1883 году создал собственную настольную электростанцию: она работала от небольшой позолочёной селеновой пластинки. И уже через год он установил солнечные батареи на крыше в Нью-Йорке.

В дальнейшем появление современной теоретической физики помогло создать основу для более глубокого понимания фотовольтаики — получения электрической энергии за счёт солнечной радиации. Уже в 1888 физик Вильгельм Халлвакс описал физику фотоэлектрических элементов в так называемом эффекте Холлваха. А всего через 7 лет Альберт Эйнштейн опубликовал «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света», в которой объяснил, как свет создаёт электрический ток, выбивая электроны из атомов в определённых металлах. В дальнейшем он же дал теоретическую основу фотовольтаике, на основе которой в дальнейшем развивалась солнечная энергетика.

В 1916 году химик Ян Чохральский изобрёл метод создания монокристаллов металла. Это стало основой для создания полупроводниковых пластин, которые до сих пор используются в электронике, включая фотоэлементы.

Но вот начало использования солнечных панелей, какими мы знаем их сейчас, случилось только в середине XX века. Американская компания «Лаборатории Белла (Bell Labs)» вывела солнечную энергетику на коммерческий рынок. Ещё в 1941 году инженер компании Рассел Ол подал патент на первый монокристаллический кремниевый солнечный элемент. И не проиграл, так как в послевоенное время произошёл дефицит энергии.

И в 1954 году компания продаёт свой первый эффективный кремниевый солнечный элемент. Конечно, он не был таким производительным, как современные солнечные панели (КПД — всего 6 процентов), но они всё равно стали популярны настолько, что началось стремительное развитие отрасли: уже через несколько лет был создан первый космический корабль на солнечных батареях, по Лондону проехал первый автомобиль с солнечными батареями на крыше. Более того, всего через 8 лет Bell laboratories уже обеспечивали питание первого спутника связи, работающего на солнечной энергии.

В начале 1960-х годов Жорес Алфёров и Герберт Крёмер независимо предложили научное решение, позволившее резко поднять КПД солнечных панелей за счёт полупроводниковых гетероструктур. В 2000 году учёные были удостоены Нобелевской премии за развитие физики полупроводниковых гетероструктур. Возможно, не все знают, но советский космический корабль Союз-1 стал первым космическим кораблём на солнечных батареях , на борту которого находился человек.

На данный момент такие страны как США, Китай и многие другие активно развивают солнечную энергетику. Одним из драйверов такой поддержки стал вопрос климатических изменений. Постоянные климатические аномалии, которые влияют как на жизнь людей, так и на экономику целых стран заставили обратиться к энергии солнца, которую использовали столетиями и которая даёт потенциал для дальнейшего развития.

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика — направление энергетики, связанная с преобразованием кинетической энергии водного потока в механическую и электрическую энергию. Использование энергии воды также берёт своё начало из древних времён.

Всё началось около I века до нашей эры, когда древние греки начали использовать первое водяное колесо, чтобы молоть пшеницу. Параллельно в это же время аналогичное изобретение появилось и в Китае.

Конечно, это была самая простая форма использования энергии воды, но именно она послужила предпосылкой для современных технологических достижений в области гидроэнергетики.

Водяное колесо с рядом модификаций использовалось на протяжении десятков веков.

К XIII веку его использовали уже в производстве пороха и стали, что помогло Средневековой Европе стать лидером в военной сфере. К XVII веку этот вид энергетики сыграл решающую роль в американской и европейской технологической революции, его использовали уже на многочисленных предприятиях: в лесопильной, текстильной промышленности и многих других.

Но всё меняется в XIX веке. В 1827-1831 годы происходит сразу несколько крупных открытий. Французский инженер Бенуа Фурнейрон создаёт свой первый прототип новой модели водяного колеса под названием «турбина 5». А в 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и разработал первый в мире трансформатор и электрический генератор — основы электрогенерации и современной электроэнергетики.

В 1878 году пока учёные совершенствовали модели турбин, английский инженер и промышленник Уильям Армстронг объединил работы своих предшественников и построил первую ​​в мире малую гидроэлектростанцию.

Уже через десятилетие, в 1891 году произошёл настоящий научный переворот в передаче электрической энергии и гидроэнергетике после того, как русский изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский (работал в Германии) создал работы по передаче трёхфазного тока. Его конструкция трансформатора до сих пор используется без существенных изменений. Первая передача электрической энергии с высоковольтным трёхфазовым током произошла на выставке во Франкфурте. Там был установлен фонтан, который приводился в движение гидравлическим насосом и двигателем Доливо-Добровольского. Это был самый мощный на то время трёхфазный асинхронный двигатель в мире (с этого открытия началась и современная история электрификации).

1913 г. Австрийский профессор Виктор Каплан изобретает турбину Каплана, турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопастями.

Также серьёзным прорывом стало преобразование приливной энергии Мирового океана в электричество — в 1966 году во Франции открылась первая в мире приливная электростанция Ля-Ранс.

Greenpeace в части ГЭС на реках поддерживает развитие только малых ГЭС.

Всё дело в том, что крупные плотинные ГЭС на реках (с установленной мощностью 25 МВт и более) не только меняют речные экосистемы в худшую сторону, ведут к исчезновению популяций ценных рыб, но и обостряют конкуренцию между водопользователями. Кроме того, искусственные водохранилища, создаваемые для функционирования гидроэлектростанций, могут быть значительным источником выбросов парниковых газов.

Согласно существующим оценкам, в некоторых случаях такие водохранилища в средних широтах могут выделять столько же парниковых газов, сколько их аналоги в тропических широтах. Поэтому, несмотря на то, что эмиссии парниковых газов могут сильно различаться от одной ГЭС к другой, наличие потенциала серьёзных выбросов с водохранилищ крупных ГЭС также не позволяет отнести такие проекты к низкоуглеродным.

Что будет дальше

У ВИЭ была долгая история становления, но только в последнее десятилетие они стали развиваться стремительно в связи с глобальной борьбой с климатическим кризисом.

Однако в России современные ВИЭ пока находятся на начальном этапе развития.

Greenpeace всецело поддерживает переход на зелёную энергетику. Именно поэтому мы составили рейтинг регионов России , в котором проанализировали, насколько Россия готова к переходу на зелёные технологии и программу «Зелёный курс», включая ВИЭ.

В 2020 года эксперты Greenpeace представили программу «Зелёный курс», которая поможет стране выйти не только из экономического, но и из климатического кризиса. Программа была составлена Greenpeace на основе предложений более 150 общественных организаций и призвана изменить ситуацию в России на системном уровне.

Энергетика будущего: чем заменят нефть и уголь

Один из главных глобальных трендов современности — отказ от традиционных источников энергии: угля, нефти, природного газа. Альтернативную им возобновляемую энергию получают с помощью таких природных ресурсов, которые практически неисчерпаемы, — солнечного света, воды, ветра и ряда других. Это позволяет снизить выбросы парниковых газов и загрязняющих веществ, а также не приводит к истощению земных недр. Plus-one.ru рассказывает, когда энергетика в современном мире станет «зеленой».

Энергетика: история, настоящее и будущее

В том или ином виде энергия солнца и ветра применялась с древнейших времен. На протяжении большей части истории человечества использовались парусные суда, движимые силой ветра. Древние люди умели фокусировать солнечный свет, чтобы разжечь огонь, в качестве топлива выступали древесина, трава, сухие водоросли.

На более поздних этапах развития цивилизации человек начал использовать ископаемые виды топлива: нефть, уголь, торф. Но ресурсы природы не бесконечны, а потребности человечества в энергии растут с каждым годом. Последствия сжигания ископаемого топлива — изменение климата и загрязнение окружающей среды — приобрели угрожающие масштабы.

Обеспечение всеобщего доступа к недорогим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии является одной из 17 Целей в области устойчивого развития ООН на период до 2030 года. Для ее осуществления нужно увеличить долю возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Эксперты Greenpeace прогнозируют, что человечество сможет полностью перейти на ВИЭ к 2050 году. «Зеленая» энергетика потребует вложений в размере около $1 трлн в год, но расходы будут компенсироваться снижением затрат на традиционное топливо.

Кто заплатит за переход мира на возобновляемую энергию

Plus-one.ru узнал у экспертов

Эффективность ВИЭ уже подтверждена опытом многих стран. В энергопроизводстве Швеции их доля составляет 55%, Дании — 36%, Финляндии — 45%. Россия также — хотя и очень медленными темпами — начинает готовиться к энергопереходу.

Чтобы энергетика и промышленность России сохранили конкурентоспособность, необходимо активное и планомерное внедрение ВИЭ. По данным Аналитического центра при правительстве РФ, к 2040 году потребление ВИЭ увеличится на 93%. Впрочем, в абсолютных цифрах доля возобновляемых источников по-прежнему будет невелика. Ветряная и солнечная генерация обеспечат 50% прироста.

Эра солнечной энергетики

Европейская ассоциация солнечной энергетики SolarPower Europe подсчитала, что с помощью энергии солнца генерируется 2,6% мировой электроэнергии. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии за 2019 год, по мощностям солнечных электростанций лидируют Китай, США, Япония, Германия и Индия.

Существует два способа преобразования солнечной энергии:

Фотоэлектрический. Энергия солнца сразу преобразуется в электричество.

Концентрационная солнечная энергетика. Сначала получают тепловую энергию, а затем — электрическую. Для этого нагревают жидкость, а полученный пар направляют в турбину с генератором, как в традиционной тепловой электростанции.

Большинство экспертов подтверждает, что развитие солнечной энергетики возможно не только в жарких странах и регионах. Например, в Якутии есть солнечно-дизельные станции, которые работают даже при температуре −50 °С. В России наиболее перспективными для развития солнечной энергетики регионами считают Северный Кавказ, Ставропольский край, Оренбургскую область, Астраханскую область, Сибирь, Забайкальский край и Приморский край.

Солнечная энергетика особенно выгодна для удаленных регионов, где для выработки электричества используют дизельные генераторы. В таких проектах строительство СЭС окупается за счет экономии на логистике и топливе. Так, в 2013 году в селе Яйлю Республики Алтай была введена в эксплуатацию солнечно-дизельная электростанция мощностью 100 кВт.

Также в солнечной электроэнергетике заинтересованы следующие группы потребителей:

Физические лица. Можно установить солнечную батарею мощностью до 15 кВт и продавать излишки выработанной электроэнергии.

Малый и средний бизнес. Чаще всего он приобретает установки мощностью 10-15 кВт за 600-800 тыс. руб.

Крупные компании. Например, солнечная электростанция работает на заводе «Газпром нефти» в Омске и на заводе РЭД («Русские электрические двигатели») в Челябинске.

Промышленные предприятия, отправляющие продукцию на экспорт. К 2026 году в Европе будет введен углеродный налог на импортные товары. Использование ВИЭ позволит избежать дополнительных расходов.

Как развитые страны смогут отказаться от российской нефти

Разбираем исследование Международного энергетического агентства

Развитие солнечной энергетики в России тормозит ее низкая доступность по сравнению с другими ресурсами, в частности газом. В Европе ВИЭ по стоимости уже практически сравнялись с традиционной энергетикой. Еще одним фактором стала высокая кредитная ставка для малого и среднего бизнеса. Так, в Германии она равна 2-3%, а в нашей стране — 10-20%.

Самый крупная солнечная станция в России, «Уран», находится в Оренбургской области. Она занимает площадь 120 га и состоит из 200 тыс. фотоэлементов.

Будущее атомной энергетики

Атомная энергетика основана на делении ядер атомов с выделением тепловой энергии. Современные атомные электростанции (АЭС) могут работать до 80-100 лет, спасая Землю от выброса миллиардов тонн парниковых газов. В отличие от угля, урановое топливо не «сгорает» до конца и может использоваться для изготовления нового. Это позволяет организовать замкнутый цикл производства с минимумом отходов.

Согласно статистике ООН за декабрь 2021 года, в 32 странах мира действуют 443 ядерных реактора, еще 55 реакторов находятся на стадии строительства. Все страны, использующие ядерную энергию, несут ответственность за безопасную генерацию. Взрыв на Чернобыльской АЭС в 1986 году произошел из-за недоработок в конструкции реактора и грубых ошибок персонала. Современные атомные электростанции оснащены более совершенными системами, предотвращающими выброс радиации. В российских АЭС используются четыре барьера:

Топливная таблетка, предотвращающая выброс радиации под оболочку тепловыделяющего элемента.

Циркониевая оболочка тепловыделяющего элемента.

Главный циркуляционный контур, удерживающий продукты деления атомов.

Система герметичных оболочек, выдерживающая падение самолета или землетрясение силой до восьми баллов.

Росатом вырабатывает около 20% электроэнергии страны. Благодаря АЭС электричество поступает в миллионы жилых домов, сотни заводов и тысячи школ. Крупнейший производитель атомной электроэнергии в России — Балаковская АЭС. Ежегодно она генерирует 30 млрд кВт·ч. В рейтинге самых мощных электростанций мира Балаковская АЭС занимает 51-ю позицию.

Безопасна ли все‑таки ядерная энергетика и зачем в Россию свозят отработанный уран