Энергия ветра солнца страна

Ресурсы энергии солнца и ветра на Земле

Жизнь современного человека просто немыслима без энергии. Отключение электроэнергии представляется катастрофой, человек уже не мыслит жизнь без транспорта, а приготовление, к примеру, пищи на костре, а не на удобной газовой или электрической плите – это уже из разряда хобби.

До сих пор мы используем для выработки энергии органическое топливо (нефть, газ, уголь). Но их запасы на нашей планете ограничены, и не сегодня-завтра наступит день, когда они иссякнут. Что же делать? Ответ уже есть – искать другие источники энергии, нетрадиционные, альтернативные, запас которых просто неисчерпаем.

К таким альтернативным источникам энергии относятся солнце и ветер.

Использование солнечной энергии

Солнце – мощнейший поставщик энергии. Что-то мы используем в силу наших физиологических особенностей. Но миллионы, миллиарды киловатт уходят впустую и исчезают с наступлением темноты. Каждую секунду Солнце дарит Земле 80 тысяч миллиардов киловатт. Это в несколько раз больше, чем вырабатывают все электростанции мира.

Только представьте, какие выгоды принесет человечеству использование солнечной энергии:

• Бесконечность по времени. Ученые предсказывают, что Солнце не погаснет еще в течение нескольких миллиардов лет. А это значит, что хватит и на наш век и для наших дальних потомков.

• География. На нашей планете нет мест, где не светило бы солнце. Где-то ярче, где-то тусклее, но Солнце есть везде. А значит не нужно будет окутывать Землю бесконечной паутиной проводов, пытаясь доставить электроэнергию в отдаленные уголки планеты.

• Количество. Энергии солнца хватит на всех. Даже если кто-то начнет безразмерно запасать такую энергию впрок, это ничего не изменит. Хватит и чтобы батарейки зарядить, и на пляже позагорать.

• Экономическая выгода. Уже не нужно будет тратиться на покупку дров, угля, бензина. Бесплатный солнечный свет будет отвечать за работу водоснабжения и автомобиля, кондиционера и телевизора, холодильника и компьютера.

• Экологически выгодно. Уйдет в прошлое тотальная вырубка лесов, не нужно будет топить печи, строить очередные «чернобыли» и «фукусимы», жечь мазут и нефть. Зачем прикладывать столько сил к уничтожению природы, когда в небе есть прекрасный и неиссякаемый источник энергии – Солнце.

К счастью, это не мечты. По оценкам ученых, уже к 2020 году 15% электроэнергии в Европе будет обеспечиваться за счет солнечного света. И это только начало.

Где используют солнечную энергию

• Солнечные батареи. Батареи, установленные на крыше дома, уже никого не удивляют. Поглощая энергию солнца, они преобразуют ее в электрическую. В Калифорнии, например, любой проект нового дома подразумевает обязательное использование солнечной батареи. А в Голландии город Херхюговард называют «городом Солнца», потому что здесь все дома оснащены солнечными батареями.

— Уже сейчас все космические корабли во время автономного полета обеспечивают себя электричеством за счет энергии солнца.

— Автомобили на солнечных батареях. Первая модель такого автомобиля была представлена еще в 1955 году. А уже в 2006 году французская компания Venturi наладила серийный выпуск «солнечных» автомобилей. Характеристики его пока скромны: всего 110 километров автономного хода и скорость не выше 120 км/ч. Но практически все мировые лидеры автомобильной промышленности разрабатывают свои версии экологически чистых авто.

• Гаджеты. Уже сейчас есть зарядки для многих устройств, которые работают от солнца.

Виды солнечной энергии (солнечные электростанции)

В настоящее время разработано несколько видов солнечных электростанций (СЭС):

• Башенные. Принцип работы прост. Огромное зеркало (гелиостат) поворачивается вслед за солнцем и направляет солнечные лучи на теплоприемник, заполненный водой. Далее все происходит как в обычной ТЭЦ: вода закипает, превращается в пар. Пар крутит турбину, которая задействует генератор. Последний и вырабатывает электричество.

• Тарельчатые. Принцип работы схож с башенными. Отличие заключается в самой конструкции. Во-первых, используется не одно зеркало, а несколько круглых, похожих на огромные тарелки. Зеркала устанавливают радиально, вокруг приемника.

Каждая тарельчатая СЭС может иметь сразу несколько подобных модулей.

• Фотовольтаические (использующие фотобатареи).

• СЭС с параболоцилиндрическим концентратором. Огромное зеркало в форме цилиндра, где в фокусе параболы установлена трубка с теплоносителем (чаще всего используют масло). Масло разогревается до нужной температуры и отдает тепло воде.

• Солнечно-вакуумные. Участок земли закрывают стеклянной крышей. Воздух и почва под ней нагреваются сильнее. Специальная турбина гонит теплый воздух к приемной башне, возле которой установлен электрогенератор. Электричество вырабатывается за счет разницы температур.

Использование энергии ветра

Еще один вид альтернативного и возобновляемого источника энергии – ветер. Чем сильнее ветер, тем большее количество кинетической энергии он вырабатывает. А кинетическую всегда можно преобразовать в механическую или электрическую энергию.

Механическую энергию, получаемую за счет ветра, используют уже давно. Например, при помоле зерна (знаменитые ветряные мельницы) или перекачивания воды.

Энергию ветра используют также:

• В ветряных установках, которые вырабатывают электричество. Лопасти заряжают аккумулятор, от которого ток подается в преобразователи. Здесь постоянный ток преобразуется в переменный.

• Транспорт. Уже сейчас есть автомобиль, который едет за счет энергии ветра. Специальная ветровая установка (кайт) позволяет двигаться и водным судам.

Виды ветряной энергии (ветряные электростанции)

• Наземные – самый распространенный вид. Такие ВЭС устанавливают на холмах или возвышенностях.

• Шельфовые. Их строят на мелководье, в значительном удалении от берегов. Электричество поступает на сушу по подводным кабелям.

• Прибрежные – устанавливают на некотором удалении от моря или океана. Прибрежные ВЭС используют силу бризов.

• Плавающие. Первый плавающий ветрогенератор был установлен в 2008 году недалеко от берегов Италии. Генераторы устанавливают на специальных платформах.

• Парящие ВЭС размещают на высоте на специальных подушках, выполненных из невоспламеняемых материалов и наполненных гелием. Электричество на землю подается по канатам.

Перспективы и развитие

Самые серьезные перспективные планы по использованию энергии солнца ставит перед собой Китай, который к 2020 году планирует стать мировым лидером в этой области. Страны ЕЭС разрабатывают концепцию, которая позволит получать до 20% электроэнергии из альтернативных источников. Американское Министерство энергетики называет меньшую цифру – к 2035 году до 14%. Есть СЭС и в России. Одна из самых мощных установлена в Кисловодске.

Что касается использования энергии ветра, то приведем некоторые цифры. Европейская Ассоциация ветровой энергетики опубликовала данные, которые показывают, что ветроэнергетические установки обеспечивают электричеством многие страны мира. Так, в Дании, за счет таких установок получают 20% потребляемой электроэнергии, в Португалии и Испании – 11%, в Ирландии – 9%, в Германии – 7%.

В настоящее время ВЭС установлены более чем в 50 странах мира, а их мощность растет из года в год.

Источник

Возобновляемая энергетика

Солнце, ветер и вода – три составляющих, которые подразумеваются при обсуждении возобновляемой энергии. И хотя это понятие охватывает гораздо больше, они являются наиболее устойчивой альтернативой ископаемым источникам, таким как нефть, уголь и их производные. Считается, что возобновляемая энергетика – ключ к обеспечению благоприятного будущего нашей планеты. Поэтому, например, Европейский инвестиционный банк принял решение с 2022 года не финансировать энергетические проекты с применением ископаемого топлива.

Используемые источники

Наблюдая за природой, можно заметить различные источники возобновляемой энергии. Необходимо просто найти способ преобразовать этот ресурс в электрический:

Солнечная энергия – это то, что можно получить от солнца. Его излучение поглощается солнечными батареями и преобразуется в электричество, которое может аккумулироваться или сбрасываться в электросеть. Существует также тепловая энергия солнца, применяемая для нагрева жидкости. Далее она превращается в пар и приводит в движение турбину, генерирующую электричество. Последний вариант наиболее выгоден для использования в жарких солнечных странах.
Энергия ветра. В этом случае выработка электроэнергии осуществляется при помощи силы ветра. Она приводит во вращение вал ветрогенератора.
Гидроэлектроэнергия. Одна из самых известных. Использует силу движущейся воды. Сюда же относится энергия приливов и морских волн.
Геотермальная. Рождается в сердце Земли. Высокие температуры отложений (обычно вулканических) под земной поверхностью позволяют использовать эту энергию для генерации электричества. Данные ресурсы бывают двух видов: гидротермальные, позволяющие применить высокую температуру геотермальных вод, и петротермальные, использующие нагрев твердых горных пород.
Биотопливо. Один из самых экономичных способов выработки электроэнергии на теплоэлектростанции. В качестве топлива применяют биоразлагаемые продукты – древесину, опилки, кору, выращенные для этой цели культуры и т. д.
Биогаз. Образуется в результате биоразложения органического вещества посредством микроорганизмов в специальных устройствах без кислорода. Горючий газ используется для выработки электроэнергии.

Характеристики отрасти

Возобновляемые источники энергии известны как альтернативные (или «зеленые»). Их сильные стороны – это минимальное воздействие на окружающую среду и использование бесплатных, неисчерпаемых ресурсов.

Помогает повысить потребление. Позволяет сделать дома гораздо более самодостаточными в плане энергопотребления. Предполагается, что в недалеком будущем большинство построенных домов должны иметь свои солнечные батареи или котлы на биомассе.
Может использоваться в удаленных и изолированных местах. Какие-либо природные источники энергии можно отыскать в любой точке мира.
Способствует достижению энергетической независимости различных стран.

Недостатки альтернативной энергетики:

Ее развитие зависит не только от политических решений отдельных стран, но и от наблюдаемых тенденций. Сокращение энергопотребления приведет к быстрейшему удовлетворению спроса на электроэнергию, но развитие электротранспорта, систем типа «умный дом» могут привести к его увеличению. Из-за этого необходимо будет применение источников с более мощным потенциалом.
Наличие ограничений. Например, размер существующих сельхозугодий влияет на объем выращиваемой биомассы. А выработка солнечной и ветровой электроэнергии зависит от погоды. Если в будущем доля возобновляемых источников энергии в производстве электричества будет резко возрастать, то безветренный или пасмурный день без солнца окажет гораздо большее влияние на надежность электроснабжения, чем сейчас.
Относительно высокая стоимость оборудования. Хотя, например, в Германии, новые солнечные и ветряные установки, генерирующие электроэнергию, теперь производятся по дешевым технологиям.
Невысокий КПД и малая мощность генерирующих установок по сравнению с традиционными электростанциями на ископаемом и ядерном топливе. Исключение составляют только плотинные ГЭС.

Одной из важнейших задач альтернативной энергетики является развитие возможностей хранения или аккумулирования электроэнергии. Это позволит значительно смягчить сезонные или погодные колебания.

Развитие возобновляемой энергетики в мире

Согласно исследованиям, начиная с середины 2010-х годов, в строительство солнечных, ветряных и гидроэлектростанций инвестируется в два раза больше, чем в энергетику на ядерном и ископаемом топливе.

Лидером в развитии возобновляемой энергетики в мире в течение многих лет является Китай. Он вкладывает в солнечную, ветряную и гидроэнергетику в три раза больше, чем европейские страны, а также США. Европа когда-то была пионером в этой отрасли, но в последнее время темпы ее роста здесь замедлились.

На первый план выходят развивающиеся страны и государства третьего мира. Маршалловы и Соломоновы острова, Руанда, Гвинея-Бисау и многие другие страны инвестируют в возобновляемую энергетику наравне с некоторыми развитыми государствами. Впервые миллионы людей, особенно в Азии и Африке, получили электричество через так называемую домашнюю систему, состоящую из солнечных модулей, аккумуляторных батарей и светодиодного освещения, которое подается посредством специально выстроенной электросети в деревне.

Китай – это страна не только с самым высоким потреблением электричества в мире. 30% от всей производимой энергии там получают от возобновляемых источников. На втором месте – США, на третьей позиции – Бразилия.

Страны-лидеры в развитии различных видов альтернативной энергии:

Гидроэнергетика – Китай, Бразилия, США, Канада, Россия, Индия, Норвегия, Турция, Япония и Франция.
Ветровая – Китай, США, Германия.
Солнечная – Китай, Япония, США, Германия.
Биоэнергетика – Бразилия, Китай, США, Индия, Германия.
Геотермальная – США, Индонезия, Филиппины, Турция, Новая Зеландия, Мексика, Италия, Исландия, Кения, Япония.

В Африке находится самый большой потенциал возобновляемых источников энергии. Общая мощность производства альтернативной электроэнергии на всем континенте составляет всего 46 ГВт. Суммарная производительность ветрогенераторов на континенте – только 9% от мощности таких же установок в Германии, а солнечных энергетических – 13%. И это несмотря на обычно благоприятные природные условия для производства ветровой и солнечной энергии.

За 2018 год в мире было выработано электроэнергии из возобновляемых источников:

ГЭС – 4 193,1 тВт⋅ч;
Энергия ветра – 1270 тВт⋅ч;
Солнечная – 584,6 тВт⋅ч;
Биоэнергетика, геотермальная и морская – 625,8 тВт⋅ч.

Отдельные технологии в разных странах имеют разный коэффициент использования. В Бразилии, Канаде, Китае, России и Норвегии подавляющая часть электроэнергии из возобновляемых источников производится на гидроэлектростанциях (В Канаде, России и Норвегии – до 90%). В США, Индии, Японии и Италии эта доля велика, но значительно ниже, чем в вышеупомянутых трех странах. Но, к примеру, в Германии ситуация совершенно иная. Там большая часть электроэнергии из альтернативных источников вырабатывается на ветрогенераторных установках, а доля гидроэнергетики составляет всего 7%.

Развитие возобновляемой энергетики в РФ

Россия является одним из мировых лидеров в использовании электроэнергии от возобновляемых источников, но только в области гидроэнергетики. Все остальные направления развиты недостаточно, хотя страна обладает значительным природным потенциалом.

Факторы, мешающие вплотную заниматься альтернативной энергетикой:

Наличие огромных ресурсов ископаемого топлива для тепловых электростанций.
Отсутствие стимулов со стороны государства для развития «зеленой» энергетики. Так, в Западной Европе выплачиваются повышенные налоги за выброс в атмосферу СО₂, поэтому «чистые» технологии для генерации электроэнергии гораздо выгоднее использовать.

В 2019 году Правительство РФ приняло решение стимулировать развитие солнечной и ветровой энергетики, доведя ее долю до 1% (5 гВт) в общей выработке.

Ветроэнергетика

Одно из самых перспективных направлений для развития. В РФ существует достаточное количество зон, благоприятных для установки ветрогенераторов. Это степные районы, предгорья Алтая, Урала и Кавказа, морские побережья.

Сейчас уже построены парки ветрогенераторов в Крыму, Башкирии, на Камчатском полуострове, в Калининградской области. Самая мощная ветровая электростанция по проектной мощности – Адыгейская ВЭС, находится в стадии активного строительства. Планируется, что там будет установлено 60 ветроэнергетических установок суммарной мощностью 150 мВт. Первый ветрогенератор смонтирован летом 2019 года.

Солнечная энергетика

Отличными природными условиями для развития солнечной энергетики обладает Юг России. Наша страна наладила выпуск солнечных панелей, которые устанавливаются при строительстве электростанций. Мощность уже построенных СЭС составляет от 0,1 до 75 мВт. Самая крупная СЭС – «Перово», расположена в Крыму. Ее установленная производительность – 105,56 мВт. Она способна вырабатывать 132,5 млн кВт⋅ч электроэнергии. Занимаемая территория под солнечные модули – около 200 га, или 259 полей для игры в футбол.

Геотермальная энергетика

По данным специалистов, на территории РФ сосредоточен потенциал энергии от геотермальных источников, превышающий запасы ископаемого топлива. Основные территории его концентрации – полуостров Камчатка и острова Курильской гряды, но присутствуют источники также на Кавказе, в Калининградской области, Западной Сибири. Разведанные объемы геотермальных вод – почти 14 млн кубометров горячей воды. Это соответствует 30 млн тонн топливных ресурсов.

Пока все построенные геотермальные электростанции России располагаются на Камчатке. Мощнейшая из них (50 мВт) – Мутновская ГеоЭС. Она функционирует на непосредственном использовании пара, поступающего из пробуренных скважин. Среднегодовая выработка – 350 млн кВт⋅ч, она покрывает около 1/5 энергопотребления в центральном энергетическом узле Камчатки.

Биоэнергетика

Тепловые электростанции В США и Западной Европе давно используют биотопливо. Поэтому спрос на биомассу высок. Россия является крупнейшим производителем твердотопливных гранул (биомассы) в мире. Она уступает только Канаде и США. Однако собственных электростанций, работающих на биотопливе в РФ, крайне мало, а все предприятия, выпускающие его, ориентированы на экспорт.

Построены несколько ТЭС, использующие биомассу, но они не обладают значительной мощностью. Однако некоторые области РФ, например, Вологодская, используют биотопливо в котельных, постепенно отказываясь в его пользу от других видов.

Применение технологий метанового сбраживания для получения биогаза лишь недавно начало использоваться в России, в то время как они давно и успешно действуют в европейских странах, особенно в Швеции, для производства тепловой и электрической энергии. Каждый год в РФ получается 60 млн тонн отходов животноводства и 165 млн тонн бытового и промышленного мусора, которые пригодны для переработки. Если применять метановое сбраживание, то можно вырабатывать 70 млрд кубических метров биогаза, что эквивалентно примерно 35 млн тонн бензина или дизельного топлива. Такое количество способно произвести 144 000 гВт⋅ч электроэнергии.

Развитие биогазовых энергетических комплексов в России тормозится большими сроками их окупаемости – до 15 лет, а также необходимостью значительных финансовых вложений. Не всегда возможно применение уже готовых технологий в российских реалиях. При строительстве таких установок приходится учитывать присутствие достаточного количества отходов в выбранном месте и климатические условия.

Энергия приливов

Использование энергии морских волн и приливных явлений – одно из направлений развития возобновляемой энергетики. Себестоимость вырабатываемой на ПЭС электроэнергии является одной из самых низких в мире. В России действует только одна, Кислогубская ПЭС, на берегу Баренцева моря. Мощность ее невысока – 1,7 мВт, станция считается экспериментальной. В Советском Союзе было запланировано строительство целого ряда приливных электростанций, в том числе Пенжинской ПЭС на побережье Охотского моря, которая должна была стать мощнейшей в мире – суммарной мощностью больше 100 гВт. Не исключается реализация этого проекта в будущем.

Необходимость замены невозобновляемых источников энергии альтернативными очевидна. Большинство традиционных способов выработки электроэнергии устарело и вредит окружающей среде. Кроме того, ископаемое топливо может в какой-то момент иссякнуть. Однако невозможно предсказать, что произойдет в мире – экономические тенденции, политические ситуации и другие факторы могут затормозить использование передовых технологий. Но оптимистичным знаком в отношении увеличения доли возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии является то, что эти технологии становятся дешевле и доступнее.

Предприятия-лидеры отрасли

АО «Геотерм»;
Мутновская ГеоЭС;
Верхне-Мутновская ГеоЭС;
«Хевел»;
АО «Солнечный ветер»;
СЭС «Перово»;
ООО «Солар Системс»;
ПАО «Фортум».

Приложение

АО «Геотерм»

Компания, входящая в группу «РусГидро», объединяет в своем составе Озерновскую ДЭС с дизель-генераторами и три геотермальных электростанции:

Общая мощность – 77,57 мВт.

Все ГеоЭС, входящие в центральный энергетический узел Камчатки, покрывают треть энергопотребления этого региона. Среднегодовая выработка – около 430 млн кВт⋅ч. Местоположение компании – г. Петропавловск-Камчатский.

Мутновская ГеоЭС

Самая мощная геотермальная электростанция РФ, которая находится на Камчатском полуострове. Смесь из пара и воды для работы поступает непосредственно из скважин. Затем пар отделяется и подается в турбины, а вода направляется обратно в пласты горных пород.

На станции установлены 2 турбогенератора по 25 мВт каждый. Она входит в центральный энергоузел Камчатки и не связана с единой энергосистемой России. Основное предназначение – электроснабжение Камчатского края. Потенциал месторождения позволяет значительно увеличить мощность ГеоЭС до 300 мВт путем строительства дополнительных очередей. Среднегодовая выработка электроэнергии – 350 млн кВт⋅ч.

Верхне-Мутновская ГеоЭС

Функционирует синхронно с Мутновской ГеоЭС и расположена на Мутновском месторождении, на Камчатке. Работает за счет использования пара, отделяемого от паровоздушной смеси, поступающей из-под земли. На станции установлено 3 турбогенератора по 4 мВт суммарной мощностью 12 мВт. Среднегодовая выработка – 65 млн кВт⋅ч.

«Хевел»

Российская фирма, специализирующаяся на производстве оборудования для солнечных электростанций и их строительстве. Головной офис расположен в Москве.

Структура предприятия содержит:

Новочебоксарский завод по выпуску тонкопленочных солнечных модулей;
«Авелар Солар Технолоджи» – дочернее предприятие по проектированию и строительству СЭС;
Санкт-Петербургский НТЦ тонкоплёночных технологий в энергетике.

Компания уже построила солнечные электростанции в разных регионах России – Бурятии, Башкирии, Алтайском крае, Волгоградской, Оренбургской, Астраханской областях общей мощностью 414 мВт.

Начиная с 2017 г. Новочебоксарский завод выпускает фотоэлектрические модули по собственной технологии, которые находятся среди пяти наиболее эффективных по КПД в мире. В 2018 г. начат успешный экспорт продукции компании в европейские и азиатские государства.

АО «Солнечный ветер»

Находится в г. Оренбурге и владеет солнечной электростанцией в г. Орске. На СЭС установлено 160 110 солнечных модулей суммарной мощностью 40 мВт. Электростанция функционирует с 2015 г., а годовая выработка электроэнергии составляет 36 млн кВт⋅ч.

СЭС «Перово»

Построила электростанцию в Крыму фирма из Австрии Activ Solar. Месторасположение – с. Ключи Перовского сельского совета. Является мощнейшей СЭС на территории РФ. 440 тыс. солнечных модулей составляют общую мощность 105,56 мВт. Максимальная выработка электроэнергии – 132,5 млн кВт⋅ч в год.

ООО «Солар Системс»

Организация со штаб-квартирой в Москве обладает заводом по производству солнечных панелей, а также проектирует и строит электростанции. Самые крупные действующие из них:

Самарская СЭС (75 мВт);
Волгоградская СЭС (25 мВт);
Заводская СЭС в Астраханской области (15 мВт);
СЭС «Промстройматериалы» в Астраханской области (15 мВт).

Общая мощность введенных в эксплуатацию компанией солнечных парков до 2020 года будет составлять 365 мВт.

ПАО «Фортум»

Российская фирма с головным офисом в г. Челябинске. Содержит в своей структуре тепловые электростанции Урала и Западной Сибири, работающие на ископаемом топливе. Но важной частью деятельности компании является развитие возобновляемой энергетики. Она построила первую ветряную электростанцию в РФ в Ульяновской области (мощность – 35 мВт), а с 2017 г. эксплуатирует солнечные электростанции:

в Оренбургской области – Плешановскую и Грачевскую (по 10 мВт);
в Башкирии – Бугульчанскую (15 мВт).

Общая мощность СЭС – 35 мВт.

ООО «Солар Системс» — компания, созданная для развития солнечной энергетики в России. Она строит и будет обслуживать 20 солнечных парков в пяти регионах России.

ПАО «Фортум» — российская энергетическая компания, созданная в результате реформы РАО «ЕЭС России». Производственные активы и деятельность сосредоточены на Урале и в Западной Сибири. В структуру «Фортум» входят восемь теплоэлектростанций.

Источник