Возобновленные источники энергии солнце ветер

Что такое Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) или возобновляемая энергия (ещё называется регенеративная или «зелёная») добывается из существующих потоков энергии, которые связаны с природными процессами, такими как солнечный свет, ветер, текущая вода, биологические процессы и геотермальные тепловые потоки.

Наиболее распространённым определением является то, что возобновляемая энергия происходит от источника энергии, который быстро заменяется процессом, который происходит естественно, таким как энергия, генерируемая солнцем или ветром.

Источники возобновляемой энергии

Возобновляемой энергией считается та, которую извлекают из постоянно происходящих в окружающей среде процессов от неисчерпаемых источников. Её получают из природных ресурсов, источники могут быть разными, такими как:

Энергия ветра

Представляет собой кинетическую энергию воздуха в движении. Ветер наделён энергией и образуется из-за существования неравномерного солнечного нагревания атмосферы (т. е. движение воздуха, появляющееся из-за разницы в атмосферном давлении), вращения земного шара и неровностей поверхности земли.

Скорость ветра выражает сколько кинетической энергии, которую можно трансформировать в электроэнергию или механическую энергию.

Энергия волн

Является энергией, переносимой по поверхности воды от волн. Её используют для добывания электричества, преобразовывается она на специальных волновых электростанциях, установленных в воду.

Энергия приливов и отливов

Эта энергия вырабатывается за счёт силы притяжения Луны и Солнца, т. е. гравитационного градиента или разницы в притяжении Луны и Солнца, которая действует на Землю (её поверхность и центр).

Чтобы преобразовать кинетическую энергию движения воды в электрическую энергию используются приливные электростанции.

Энергия температурного градиента морской воды

Эта энергия вырабатывается за счёт разности температур, которая возникает и на поверхности воды, и на глубине. Её можно применить для электрогенерации.

Преобразование этой энергии осуществляется используя гидротермальные станции, устанавливаемые в особенной океанической акватории.

Гидроэнергия

Это энергия потоков водных масс или генерируемая в результате падения воды. Для этого использовались водяные колёса для преобразования механической энергии, а позднее с развитием технологий, начали применять гидротурбины. Сейчас гидротурбины создают в основном электроэнергию.

Энергия солнечного света

Этот тип энергии достаточно широк в использовании. Ещё идут исследования возможностей применения гелиоустановок (устройство, преобразующее энергию солнца и позволяющее использовать её для другого типа энергии, например тепловую).

На данный момент уже существуют разные способы потребления энергии солнечного света: «солнечные» крыши на частных домах (для тепло- и энергоснабжения), установки на автомобилях (которые заряжают аккумуляторы), большие «солнечные фермы» и другие.

Геотермальная энергия

Это энергия естественного тепла Земли. Широко используется многими странами для теплоснабжения (для обогрева воды, отопления, в промышленности и т. д.) и производства электроэнергии. Её запасы огромны.

Главные типы геотермальной энергии:

поверхностное тепло Земли (выработано на глубине до нескольких сотен метров);
магма (полученная от расплавления горных пород);
гидротермальные системы (резервуары горячей/тёплой воды);
петрогеотермальные зоны (тепло полученное от сухих горных пород);
парогидротермальные системы (полученные из месторождения пара и пароводяной смеси).

Биоэнергетика

Энергия из материалов, полученных из биологических источников растительного и животного происхождения, лесного хозяйства и все биологически разлагаемые отходы.

Выработанная энергия может быть использована для тепла, электричества или топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Биоэнергетическое топливо это — этанол, метанол, биодизель и другие.

Разница между возобновляемыми и альтернативными источниками энергии

Возобновляемые источники энергии не совсем то же, что и альтернативные источники энергии.

Альтернативная энергия — это более широкая категория, охватывающая все источники энергии и процессы неископаемого вида топлива, из которых возобновляемые источники энергии являются лишь частью.

Формы альтернативной энергии, не считающиеся возобновляемыми, включают водород и энергию, основанную на расщеплении.

Невозобновляемые источники энергии

После употребления возместить резервы природных ископаемых нельзя. Но мы ещё не знаем, как жить без их использования. Основная проблема невозобновляемых источников энергии состоит именно в том, что со временем они непременно закончатся.

Примеры невозобновляемых источников энергии:

Возобновляемые источники энергии в России

В России значительные запасы нефти и газа, однако они небезграничны. Наступит время и придётся задуматься о других источниках энергии.

Россия обладает значительным потенциалом использования возобновляемых источников энергии, такими как:

солнечная энергетика: используется на Кавказских регионах;
ветровая энергетика: используется рядом с Санкт-Петербургом, на Кавказских регионах, на севере европейской части страны и азиатской;
малая гидроэнергетика: в Московской области, в Карелии, на Кавказе, рядом с Уфой и Оренбургом;
геотермальная: на Кавказе, Курильских островах и на Сахалине;
энергия волн: эксплуатируется на Баренцеве море;
энергия биомассы.

Россия нуждается в развитии возобновляемых источников. Но при этом нужно принимать к сведению множество факторов: экономические возможности, реальные потребности, а также ситуацию в мире.

Возобновляемые источники энергии в мире

В последние годы глобальное потребление первичных энергоресурсов сильно выросло, в основном за счёт природного газа и возобновляемых источников энергии, при этом доля угля в структуре энергопотребления продолжает сокращаться.

Страны-лидеры в области возобновляемых источников энергии

Некоторые учёные считают, что полный переход на возобновляемую энергию неизбежен и что это произойдёт скорее раньше, чем позже.

Недавнее исследование, проведённое исследователями Стэнфордского университета, предсказывает, что уже к 2037–2057 годам мир сможет полностью действовать от возобновляемых источников.

Здесь мы рассмотрим 10 стран, которые лидируют в переходе на возобновляемые источники энергии.

Исландия

Исландия производит наиболее чистое электричество на земле: почти 100% её энергии поступает из возобновляемых источников. Сейчас она получает всю свою энергию для электричества и отопления домов из геотермальных и гидроэлектростанций.

Коста-Рика

Из-за своего небольшого размера (всего 4,9 миллиона человек) и уникальной географии (67 вулканов) Коста-Рика способна удовлетворить большую часть своих потребностей в энергии за счёт гидроэнергетических, геотермальных, солнечных и ветровых источников.

Страна стремится иметь абсолютно нулевой баланс выбросов углерода и уже достигла некоторых впечатляющих результатов: работая на 100% на возобновляемых источниках энергии более двух месяцев дважды за последние два года.

Никарагуа

Никарагуа — ещё одна страна Центральной Америки, где возобновляемые источники энергии приобретают всё большее значение. Как и в Коста-Рике, у них есть несколько вулканов, делающих производство геотермальной энергии жизнеспособным.

Соединённое Королевство

Соединённое Королевство — ветреное место и значение энергии ветра возрастает. Используя комбинацию ветроэлектростанций, связанных энергосистем ветряных электростанций и автономных турбин, Соединённое Королевство теперь производит больше электроэнергии из ветровых электростанций, чем из угля.

В некоторые дни года Шотландия может производить достаточно энергии ветра, чтобы обеспечить все 100% шотландских домов.

Соседняя Ирландия также устанавливает новые рекорды, имея достаточно энергии, чтобы обеспечить более 1,26 миллиона домов тем, что было произведено всего за один ветреный день.

Германия

Их производство возобновляемой энергии, включая солнечную, увеличилось более чем в восемь раз с 1990 года. В 2015 году они установили рекорд, удовлетворив до 78% потребности страны в электроэнергии, пользуясь возобновляемыми источниками.

Уругвай

Благодаря благоприятной нормативно-правовой среде и прочным партнёрским отношениям между государственным и частным секторами страна инвестировала значительные средства в ветряную и солнечную энергию без использования субсидий или увеличения потребительских расходов.

И как результат, теперь они могут похвастаться национальным энергоснабжением на 95% с использованием возобновляемых источников энергии, которое они достигли менее чем за 10 лет.

Дания

Дания стремится к 2050 году полностью отказаться от ископаемого топлива и планирует использовать энергию ветра для достижения этой цели. Они уже установили мировой рекорд в 2014 году, производя почти 40% своих общих потребностей в электроэнергии за счёт энергии ветра.

Китай

Они могут быть крупнейшим в мире источником загрязнения, но Китай также является и крупнейшим в мире инвестором в возобновляемую энергетику с огромным уровнем инвестиций как дома, так и за рубежом.

В настоящее время Китаю принадлежат: пять из шести крупнейших в мире фирм по производству солнечных модулей, крупнейший производитель ветротурбин, крупнейший в мире производитель ионов лития и крупнейшая в мире электроэнергетическая компания.

Китай абсолютно привержен сокращению потребления ископаемого топлива и с его сильнейшим загрязнением городов у страны есть все стимулы для этого.

Соединённые Штаты Америки

В Соединённых Штатах Америки есть одна из крупнейших в мире солнечных фотоэлектрических установок и вырабатывание ветровой энергии по мощности уступает только Китаю.

Но США также является одним из крупнейших в мире потребителей энергии, что сводит на нет большую часть их возобновляемой производительности.

Тем не менее, если бы больше внимания уделялось возобновляемым источникам энергии, а не ископаемому топливу, то США смогли бы сократить свои выбросы почти на 80% всего за 15 лет.

Кения

В прошлом Кения была вынуждена импортировать электроэнергию из соседних стран, но государство прилагает все усилия, чтобы изменить эту ситуацию, инвестируя значительные средства в производство геотермальной энергии, на долю которой в 2015 году пришлось более половины их энергетического баланса.

У них также есть крупнейшая ветровая электростанция в Африке, обеспечивающая ещё 20% их установленной электрической мощности.

Альтернативные источники энергии для частного дома

«Зелёная энергетика» давно привлекала человека своими огромными перспективами. Мы можем получать совершенно бесплатно неиссякаемую энергию из окружающей среды для обслуживания независимых частных коммуникаций. При этом её запас постоянно восполняется без нашего участия.

Альтернативные источники энергии уже являются реальностью в России, особенно для бытового потребления. Некоторые из них:

1. Выработка электрической энергии, с марта по сентябрь, период наивысшей солнечной активности: солнечные батареи — понятие «солнечная батарея» включает в себя и фотомодуль (для образования электричества), и коллектор (для выработки тепловой энергии).

2. Выработка электрической энергии через электромеханические источники, в период с сентября по март: ветрогенераторы.

3. Отопление и подогрев воды — на основе тепловых насосов (термодинамические источники).

4. Получение тепловой энергии — биоэнергетические источники, переработка отбросов (источник с очень сложными технологическими и техническими требованиями).

Источник

Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии обладают неисчерпаемым ресурсом, основой которого являются естественные природные процессы. Их использование в качестве альтернативы традиционным формам энергообеспечения давно привлекает внимание специалистов. Сегодня не менее 20 процентов электроэнергии в мире производится с помощью данных технологий.

Давайте разберемся, насколько большим потенциалом располагает возобновляемая энергия, какова перспектива её внедрения и развития, что делается в России по этому направлению.

Быстрая навигация по статье

Понятия и виды

Возобновляемая энергия поступает из природных источников, ресурс которых является практически неисчерпаемым. Они способны постоянно восстанавливаться и пополняться естественным путём. Особенность использования возобновляемой энергии заключается в её получении из естественных природных процессов и передаче потребителю для применения.

Различают возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

Оба типа являются частью природных ресурсов планеты. Невосполняемые источники энергии представлены ископаемыми органическими запасами различных видов топлива: газ, нефть, уголь, торф. Темпы потребления этих ресурсов намного опережают темпы восстановления их объемов, поэтому запасы данного типа энергетических ресурсов либо заканчиваются, либо завершатся в не таком уж далеком будущем. Особняком стоит ядерная, но её использование содержит в себе много рисков для жизни и деятельности людей. Пользование нефтью и углем ведет к загрязнению атмосферы, нарушению природной экосистемы.

Теплоэлектростанция

Энергия указанных источников добывается путем целенаправленных действий человека и ведет к дополнительному нагреву окружающей среды. Последние исследования показывают, что средняя температура земной биосферы неуклонно повышается. Это вызывает негативные изменения в климате Земли.

Возобновляемые источники энергии — это естественные источники энергии, существующие в биосфере нашей планеты и постоянно пополняющиеся за счет энергии солнца и естественных процессов. Они не являются плодом прямой человеческой деятельности, что отличает их от невозобновляемых источников.

Использование возобновляемых источников энергии не добавляет дополнительной энергетической нагрузки, не ведет к повышению температуры на Земле. Экологически они безотходны, не загрязняют среду обитания.

Главное достоинство возобновляемых источников энергии — неисчерпаемость и экологическая чистота.

Рассмотрим, какие есть возобновляемые источники энергии. Согласно определению, данному ООН, к возобновляемым источникам энергии относятся :

солнце;
ветер;
морские и океанские приливы и волны;
подземные горячие ключи,
гидроэнергетические ресурсы больших и малых рек.
продукты биомассы.

Традиционные и нетрадиционные возобновляемые источники

Выделяют два типа возобновляемых источников энергии: традиционные и нетрадиционные.

Перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к традиционным . Это источники, уже давно известные и активно используемые человечеством:

гидроэлектростанции;
традиционные способы сжигания продуктов биомассы (дров, торфа) для получения тепловой энергии;
геотермальные ключи.

А теперь перечислим, какие возобновляемые источники энергии относятся к нетрадиционным . В данную группу включены ставшие применяться сравнительно недавно ресурсы:

солнечные станции электрической и тепловой энергии;
ветрогенераторы;
электростанции, работающие на основе энергии морских волн, течений, приливов и океана и другие новейшие генераторы возобновляемой энергии.

Солнечная энергетика

Солнце является главным источником всех жизненных процессов на Земле, относится к альтернативным источникам. Его возобновляемая энергия может в неисчерпаемых количествах преобразовываться в электрическую или тепловую. Область науки и производства, которая занимается этим, называется солнечная энергетика (гелиоэнергетика).

Солнечные электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью солнечных коллекторов, фотоэлектрических преобразователей. Крупнейшая фотоэлектрическая станция в штате Калифорния, США имеет мощность не менее 550 МВт:

С каждым годом возрастает количество станций. За последние 10 лет производство фотоэлектрических панелей увеличилось более чем в шесть раз.

Оборудование и конструкции станций просты в монтаже и удобны в обслуживании. Однако степень развития науки и техники на сегодняшний день не позволяют добиться экономически выгодной отдачи от их работы. К тому же установки занимают огромные площади, батареи стоят больших денег. Тем не менее, мировые инвестиции в развитие этого вида возобновляемой энергии достигли 26 млрд долларов в год.

Гидроэнергетика

К возобновляемым источникам энергии относятся широко распространенные гидроэлектростанции. На этих объектах используется потенциальная энергия водных потоков.

Традиционные гидроэлектростанции

Возводят гидроэлектростанции, как правило, на реках. Для создания необходимого давления воды создают мощные плотины и объемные хранилища воды. Как разновидность, используют бесплотинные ГЭС.

Данным объектам (ГЭС) гидроэнергетики присущи следующие особенности.

высокий КПД при сравнительно малых экономических затратах на строительство и дальнейшую эксплуатацию станции, отсюда низкая себестоимость электроэнергии;
отсутствуют вредные выбросы в атмосферу;
водохранилище как фактор, улучшающий микроклимат в районе ГЭС;
возможность разведения рыб;
предотвращает появление паводков, используется для орошения сельхозугодий, технического применения на заводах;
обладают механизмом регулирования потребления энергии.

водохранилища затопляют обширные территории, занимают земли, пригодные для сельского хозяйства;
перекрытие рек существенно меняет условия для обитания ценных видов проходных рыб, многие из которых исчезают из облюбованных ранее водоемов.

Гидроэлектростанции, как возобновляемые источники энергии, эффективны для поставки электроэнергии в горные участки. Они имеются в Швейцарии, на территории России. В мировом объеме поставляемой энергии доля гидроресурсов составляет около трех процентов. В Канаде, Исландии и Китае основную часть электроэнергии вырабатывают именно гидростанции.

Красноярская гидроэлектростанция

В России строительство гидроэлектростанций всегда считалось выгодным направлением. В наши дни гидростанции вырабатывают 6 процентов электроэнергии страны. Площади крупнейших водохранилищ ГЭС составляют тысячи квадратных километров. В пример можно привести размеры Самарского водохранилища, площадь которого превышает 6400 км2.

Приливные электростанции

Особой разновидностью гидроэнергетики являются приливные электростанции, работающие на основе использования энергии приливов и отливов. Они возводятся на побережьях, где под воздействием гравитационных сил Солнца и Луны ежедневно меняется уровень воды морских и речных водоемов. Залив или устье реки перегораживают дамбой. Встроенный в неё гидроагрегат с огромными лопастями и преобразует силу прибоя в электроэнергию.

Так устроена приливная гидроэлектростанция

Такая форма получения энергии из неисчерпаемого источника очень экологична, имеет малую себестоимость. Однако само строительство требует больших вложений. Кроме того, перепады в мощности не позволяют поставлять электроэнергию в постоянном режиме. Тем не менее, станции ПЭС ценят за высокую эффективность и малое влияние на экологию. Их строительство продолжается во многих странах.

Волновые электростанции

Энергия волн представляет собой огромный потенциал. Удельную мощность морских и океанских волновых колебаний оценивают гораздо выше солнечной и ветровой. Специалисты подсчитали, что мощность волн мирового океана равна примерно 30 процентам всей потребляемой электроэнергии на Земле.

Волновая гидроэлектростанция Oyster в Шотландской прибрежной зоне мощностью 600 кВт

Работа волновых электростанций построена на превращении потенциальной энергии волн в электрическую. Выбор места строительства подобных объектов получения электричества обусловлен особенностями региона, наличием крупных водоемов и сильных ветров.

Гидроэнергетика будущего

Гидроэнергетика не стоит на месте. Постоянно придумываются новые специфические виды использования силы мирового океана. К примеру, в данный момент разрабатываются технологии использования в энергетике морских течений и разницы температур на различных глубинах.

Океанские и морские течения (Куросио, Гольфстрима и т.п.) также обладают определенной энергетической силой, потенциал которой на практике пока не оценен. Но ученые и проектировщики считают возведение гидростанций, использующих энергию водных течений, перспективном направлением в морской энергетике. Согласно технологии, применяют специальные преобразователи в виде объемных и водяных насосов.

Роторная система Seagen, расположенная у побережья Ирландии, преобразует энергию течений в электроэнергию

Электроэнергию можно получать, используя разницу температур поверхности и глубинных слоев моря или океана. Разность на глубине 400 м и верхнего слоя воды составляет 12 градусов. В данный момент уже существуют экспериментальные системы преобразования разницы температур в электричество, основанные на пьезоэффекте.

Ветроэнергетика

Ветер является старым, хорошо испробованным источником возобновляемой энергии. Примеры его применения в ветряных мельницах и на парусных судах известны каждому школьнику.

Ветроэнергетика специализируется на превращении силы ветра в механическую, тепловую и электрическую форму энергии . Ветрогенераторы сегодня производятся различной мощности, которая зависит от площади, охватываемой лопастями турбины. Генераторы производства лидера в этой сфере фирмы Vestas из Дании, достигают в высоту более 110 метров.

Чтобы эффективнее улавливать мощные воздушные потоки, ветряные генераторы удобнее всего устанавливать либо на побережье, либо в открытом море. На расстоянии в 10 и более километров от берега сооружают на сваях целые ветряные электростанции. Они практически не потребляют традиционное топливо.

Ветроэлектростанция в открытом море

Работать аппараты начинают при скорости ветра 3 м/с, для оптимальной работы требуется 15 м/с. При сильных порывах выше 25 м/с генератор необходимо отключать, чтобы устройство не вышло из строя. Требование определенного диапазона скоростей – один из недостатков ветряной системы.

Другим существенным недостатком этого вида получения электричества являются высокая стоимость, превышающая затраты в угольной энергетике, и необходимость выделения под ветровые установки большого объема земель. Жужжащий звук, который издают работающие турбины, плохо переносится людьми, вынужденными жить по соседству с ними.

Несмотря на это, по объемам вырабатываемой электроэнергии ветроэнергетика занимает второе место после гидроэнергетической отрасли. Её роль и значение признается во всем мире.

Использование возобновляемых источников электричества в виде ветрогенераторов и солнечных станций позволяет решить проблемы с доставкой электроэнергии в удаленные, труднодоступные районы Севера. А учитывая их исключительную экологическую чистоту, эти виды возобновляемых источников энергии могут быть востребованы в густонаселенных регионах с плохой окружающей средой.

Геотермальная энергетика

К возобновляемой энергетике относятся и геотермальные ресурсы. В местах, где горячая вода бьет из-под земли, её тепловую энергию используют как возобновляемую. На территориях с вулканическим происхождением, где кипящие гейзеры выходят на поверхность, строят специализированные ГеоТЭС.

Путем бурения скважин получают доступ к подземным источникам. Подобные электростанции не нуждаются в искусственном подогреве воды, что делает их экологически более чистыми, чем обычные ТЭС.

Мутновская геотермальная электростанция на Камчатке

Тепловую энергию Земли можно использовать для получения электроэнергии, организации горячего водоснабжения, отопления промышленных и жилых зданий, обеспечения различных технологических процессов.

Возобновляемые источники энергии в России с использованием естественных геотермальных ресурсов имеют большой потенциал, оцениваемый специалистами в 100 млн т условного топлива в год. Возможность построения соответствующих станций имеется на Курилах, Сахалине и Камчатке. Одна из них действует на Камчатке, у берегов реки Паужетки. Мощность построенной геотермальной электростанции на подземных водах составляет 5 МВт.

Энергетика биомассы

Существуют три способа получения тепла при применении биомассы: сжигание её продуктов, брожение биомассы, извлечение из неё спиртов и газов в виде энергоносителей.

Отрасль, называемая биоэнергетикой, специализируется на выработке энергии из биопродуктов . Подобный тип топлива получают в ходе переработки биологических отходов. На сегодняшний день уже насчитывается 3 поколения биотоплива, получаемого в твердом, жидком и газообразном состояниях. Среди них и жидкое топливо для автомобильных двигателей.

Завод по производству биодизельного топлива из растительного масла

Способ пиролиза биомассы позволяет вырабатывать из продуктов первого поколения уже более качественное топливо. В Германии планируют каждый пятый литр бензина получить методом пиролиза. О том, какова перспектива этого направления, может служить факт создания исследовательской организации, в которую вошли представители 15 стран Европы и Америки.

Ведутся большие работы по производству биотоплива третьего поколения, получаемого из искусственно выращенных водорослей.

Будущее возобновляемых источников энергии

За последние годы человечество в полном объеме осознало необходимость перехода на возобновляемую энергетику. И дело не только в истощении традиционных источников, экономической выгоде отдельных энергетических проектов. В настоящее время все отчетливее проявляется негативное воздействие антропогенных факторов, ведущее к ухудшению жизни людей во всех частях света.

Сегодня мировой потенциал возобновляемых источников энергии оценивают в 20 млрд. у.т. в год, что значительно выше годового оборота всех типов добываемого из-под земли топлива. В крупнейших государствах объем производства электроэнергии из возобновляемых ресурсов к 2020 г. возрастет по сравнению с 2000 годом в два раза. В Германии уже производится 38% электроэнергии на базе возобновляемых источников. В течение 10 лет мировые капитальные вложения в возобновляемую энергетику возросли со 130 до 280 млрд долларов.

Возобновляемая энергетика в России пока отстает по своим показателям от многих стран. Её объем составляет лишь 4 процента от общего количества энергоресурсов. Между тем, возобновляемые источники электроэнергии в России имеют огромный потенциал, уровень которого оценивается в 270 млн тонн условного топлива в год.

Источник