Какие существуют альтернативные источники энергии. Описание и принципы их работы

В связи с глобальным потеплением и загрязнением экологии, природных источников энергии становится все меньше. К тому же цены на газ, нефть и прочее регулярно повышаются. Приходится искать альтернативные источники энергии. Что это такое альтернативная энергия и как она работают — мы раскроем вам в этой статье.

Альтернативная энергетика (альтернативная энергия) — отрасль по добычи и использовании энергии в совокупности перспективных способов ее получения. Их применение не так широко, как применение традиционных способов, однако представляют интерес благодаря выгодности и наименьшем причинении вреда окружающей среде.

Альтернативная энергия — нестандартные источники

Летающий ветрогенератор (альтернативная энергия)

Buoyant Airborne Turbine (BAT) — это очень большой аэростат с ветряной турбиной, который набирает высоту до 600 метров. На данной высоте скорость ветра значительно выше, чем у поверхности земли, и это позволяет удвоить выработку энергии.

Волновая электростанция (альтернативная энергия)

Oyster выглядит, как желтый поплавок — надводная часть насоса, сам же он находится на 15-метровой глубине на расстоянии пол километра от берега. Oyster (перевод «Устрица») основывается на использовании энергии волн. Он перегоняет воду на обычную гидроэлектростанцию, расположенную на суше. Так работает система этого насоса, выробатывая до 800 кВт электроэнергии, которой хватает обеспечить светом и теплом до 80 домов.

Биотопливо на основе водорослей (альтернативная энергия)

Поскольку водоросли содержат до 75% натуральных масел, быстро растут и не нуждаются в пахотных землях — это хороший альтернативный источник энергии. Без необходимости полива с одного акра (4047 кв. м.) водорослей выходит от 18 до 27 тысяч литров биотоплива в год. По сравнению с сахарным тростником, который дает всего 3600 литров биоэтанола, при тех же исходных данных, это хороший результат.

Солнечные батареи в оконных стеклах (альтернативная энергия)

Принцип действия: стандартные солнечные батареи преобразуют энергию Солнца в электричество. Эффективность такого преобразования 10−20%, к тому же они весьма затратны в эксплуатации. Однако, не так давно ученые из университета Калифорнии разработали прозрачные панели на основе относительно недорогого пластика. Эти батареи вбирают в себя энергию из инфракрасного света и могут даже заменить привычные оконные стекла.

Энергосберегающий дом — секреты строительства. Или как построить дом, который сам экономит

Вулканическое электричество (альтернативная энергия)

Принцип работы геотермальной электростанции такой же, как и у теплоэлектростанции, за исключением угля, вместо которого используется используется тепло земных недр. Для добычи этого вида энергии нужна определенная местность, например районы с высокой вулканической активностью, поскольку там магма подходит близко к поверхности.

Сферическая солнечная батарея (альтернативная энергия)

Инновационная разработка, независящая от яркого солнца и погодных условий. Стеклянный шар Betaray и в облачный день работает в четыре раза эффективнее обычной солнечной батареи. Благодаря такому простому компоненту, как жидкость, которой заполнена сфера. Даже ночью, при ясной луне, шар способен извлекать энергию из лунного света.

Вирус М13 (альтернативная энергия)

На первый взгляд трудно представить, что вирус-бактериофаг способен вырабатывать электричество. Однако ученым Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Калифорния) удалось это сделать. Модифицировав вирус-бактериофаг М13 таким образом, что он создает электрический заряд при механической деформации материала, ученые добились вывести новый авльтернативный вид энергии. Достаточно нажать на кнопку или провести пальцем по дисплею, чтобы получить электричество. Впрочем, сила разряда не так велика, пока наибольший результат, который удалось получить вирусным способом, равносилен возможностям четверти микропальчиковой батарейки.

Торий (альтернативная энергия)

Торий — радиоактивный металл, схожий с ураном, но способный давать в 90 раз больше энергии при распаде. К тому же, в отличие от урана, торий в природе встречается в 3-4 раза чаще, а всего один грамм вещества по количеству выделяемого тепла эквивалентен 7400 галлонам (33640 литрам) бензина. Всего 8 грамм тория будет достаточно для того, чтобы обычный автомобиль проехал более 100 лет или 1,6 млн км без дозаправки. Компания Laser Power Systems объявила о начале работ над ториевым двигателем.

Микроволновый двигатель (альтернативная энергия)

Всем нам известно, что космический корабль получает импульс для взлета за счет выброса и сгорания ракетного топлива. Перехитрить основы физики попытался Роджер Шойер. Он изобрел двигатель EMDrive, не нуждающийся в горючем, создавая тягу с помощью микроволн, которые отражаются от внутренних стенок герметичного контейнера. Конечно в этой разработке потенциала еще очень мало, ведь силы тяги данного мотора не хватает и для минимума действий.

Международный экспериментальный термоядерный реактор (альтернативная энергия) 

Предназначение ITER— воссоздать процессы, происходящие внутри звезд. Как альтерантива расщеплению ядра, здесь можно говорить о безопасном и безотходном синтезе двух элементов. От полученных 50 мегаватт энергии, ITER вернет 500 мегаватт — этого достаточно, чтобы обеспечить электричеством 130 000 домов. ITER пока еще не в производстве. Реактор находится на юге Франции и его запуск планируется на начало 2030-х, а подключить его к энергетической сети получится не раньше 2040 года.

Ресурсы возобновляемой энергии

Под понятием «альтернативные источники энергии» подразумевают привычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, вырабатывающиеся естественным образом. Такую энергию ещё называют регенеративной или «зелёной».

К невозобновляемым источникам энергии относят: нефть, природный газ и уголь. Их количество на земном шаре стремительно уменьшается, поэтому требуется замена.Да и экологическое состояние оставляет желать лучшего: выброс углекислого газа, парниковый эффект и глобальное потепление.

Поскольку люди получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций, появляется нужда в более экологичных способах добычи энергии, которые приносят меньше вреда. Альтернативная энергетика нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Основные ресурсы:

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

Альтернативные источники энергии

Солнечная энергия

Является Одним из самых мощных видов альтернативных источников энергии. В основном ее задействуют в работе солнечных батарей. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Хотя, от общего объёма выработка электроэнергии на солнечных электростанциях за год не превышает 2%.

К основные недостаткам относят зависимость от погоды и времени суток. Таким образом, для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции стоят дорого и требуют ухода — вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Им нужны большие площади для высоких показателей.

Лучше всего применят солнечную энергию там, где она стоит дешевле и этот вид распространён: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, такая выработка энергии покрывает нужды обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Ветроэнергетика

Имея большие энергетические запасы( в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете)ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию.Их основной инструмент – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Как работают ветряные мельницы для электричества и как их можно использовать

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки забирают часть кинетической энергии, что вызывает радиопомехи и влияет на климат.

Гидроэнергия

Вырабатывается методом преобразования большого потока воды в электричество. Для этого построены гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Как правило, их базируют на реках с сильным течением. Плотины ставят для того, чтобы добиться стабильного напора воды, который заставляет двигаться лопасти гидротурбины, она же в свою очередь, приводит в действие электрогенераторы.

Постройка ГЭС выйдет дороже и сложнее относительно обычных электростанций. А вот цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

Волновая энергетика

Существуют только три эффективно работающих способа генерации электричества из волн. Они различаются по типу установок на воде и представляют собой камеры, нижней частью погруженные в воду, а верхние установки с искусственным атоллом, являются поплавками. Волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу,и уже там она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Однако этот вид практически не используется – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Такое может себе позволить не каждая страна, во-первых: стоимость систем не дешевая, а во-вторых: должен быть удобный выход к воде, который есть далеко не у всех.

Энергия приливов и отливов

Такой вид энергии получают от естественного подъёма и спада уровня воды. Работает с помощью электростанций. Их ставят исключительно, чтобы перепад воды был не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Этот альтернативный источник энергии изучен лучше других и более предсказуем. Но освоение технологий, изучение принципа их работы было длительным и имеет небольшую долю в глобальном производстве. Потому, что приливные циклы часто не соответствуют норме потребления электричества.

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.

Энергия жидкостной диффузии

Новый способ добычи альтернативного источника энергии. Описание ее работы состоит в следующем: осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Вращение гидротурбин обеспечивает выравнивание концентрации солей дающее избыточное давление. В настоящее время такая энергетическая установка находится только в Норвегии.

Геотермальная энергия

Геотермальные станции качают внутреннюю энергию из недр Земли. Ее источники – горячая вода и пар. Такие станции оборудуют в вулканических районах, где вода находится у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Взятая оттуда вода отапливает здания напрямую либо через теплообменный блок. Так же её можно переработать в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: что характерно — цена, а так же угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Наибольшее количество геотермальных станций в: США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

Биотопливо

Биоэнергетика перерабатывает электричество и тепло из топлива трех видов поколений.

• Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо, последнее в результате переработки отходов. Пример: дрова, биодизель и метан.
• Второе поколение – топливо, которое получилось из биомассы (остатков растительного, животного материала или специально выращенных культур).
• Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения получить легче всего, особенно в сельской местности. Там жители ставят биогазовые установки, в которых биомасса бродит под нужной температурой.

Для наших просторов самый доступный и понятный способ топлива это – дрова. Для их без перебойного производства сажают специальные леса из быстрорастущих деревьев.

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.

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

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.

Достоинства и недостатки альтернативных источников энергии в мире

Альтернативные источники энергии — преимущества

---

• Доступность. Особенно выгодно для стран, не обладающих нефтяными или газовыми месторождениями. Однако, это относится не ко всем видам. Например, если страна не имеет выхода к морю, получать волновую энергию она уже никак не сможет; так же и с геотермальной энергией, которую можно преобразовывать только в вулканических районах.
• Экологичность – в процессе образовании тепла и электричества не происходит вредных выбросов в окружающую среду.
• Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

---

Альтернативные источники энергии — недостатки и проблемы

---

• Требует больших затрат на этапе строительства и обслуживания, так как расходные материалы с оборудованием дорогие. Это приводит к повышению итоговой цены электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Единственное, что может помочь — это снижение себестоимости установок разработчиками.
• Зависимость от факторов природы: сила ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии не подлежит контролю, плюс географическое расположение.
• Низкий КПД наряду с маленькой мощностью установок (исключение ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
• Влияние на климат. Возьмем к примеру, спрос на биотопливо. Он повлек за собой сокращение посевных площадей для продовольственных культур, а на характер рыбных хозяйств повлияли плотины для ГЭС.

Заключение

В современном модернизированном обществе существует большой выбор альтернативных видов энергии. Как правило выбор этот зависит от ресурсов, доступности, географического места расположения, финансовой возможности оплатить установку и дальнейшую эксплуатацию. Для своих частных нужд при наличии свободного времени и умения владеть ручным инструментом, можно создать установки, с целью использования альтернативных источников энергии как электрической, так и тепловой. С описанием и принципами работы альтернативных источников энергии вы уже ознакомились. Каждый из видов достоин внимания и развития для пользы всего человечества и сохранения природы в планетарном масштабе.