Альтернативные источники энергии на планете

С каждым годом себестоимость инновационных технологий, направленных на поддержание и развитие ключевых отраслей традиционной энергетической промышленности, становится все выше. Стратегические запасы ресурсов (нефтепродукты, каменный уголь, «голубое» топливо и др.) не вечны, и наступит момент, когда они полностью иссякнут. В России запасы каменного угля достигнут критической отметки уже через 50-60 лет. Поэтому сегодня «на повестке дня» лежат важные вопросы, связанные с решением глобальных проблем добычи энергоресурсов и рациональным использованием природных недр. При этом первостепенной задачей является предотвращение мирового энергетического кризиса на земле. Именно поэтому дешевая энергия из альтернативных источников стала объектом повышенного внимания всех ученых, и перспективы развития в данном направлении весьма привлекательны.

Потребность в энергии неуклонно растет. Вызвано это не только стремительным развитием промышленного сектора и расширением производственных мощностей, но и приростом населения. Согласно проведенным демографическим исследованиям, к 2025 году на планете будет жить 10 млрд человек. Эта цифра вызывает опасение, поскольку для удовлетворения нужд всего земного населения потребуется увеличить объемы добычи нефти, угля и газа. По этой причине энергетики и экологи видят выход из этой ситуации исключительно в поисках и использовании альтернативных источников энергии. Это позволит сохранить остатки полезных ископаемых и остановить начало глобальной экологической катастрофы на Земле.

Коротко о самом главном

Что такое альтернативная энергетика? Этот термин подразумевает комплекс наиболее доступных и передовых методов получения энергии. Сегодня альтернативные виды энергии распространены недостаточно широко, по сравнению с традиционными ресурсами, но они представляют огромный интерес, так как позволяют минимизировать причинение вреда экосистеме планеты. Использование электростанций, которые работают на ядерном топливе, — очень опасно. И явным тому доказательством является чернобыльская катастрофа в 1986 году, а также радиационная авария на АЭС Фукусима-1, которая произошла в 2011 году. Поэтому природные источники энергии более привлекательны и безопасны для экологии.

Альтернативный источник энергии — определенные устройства (механизмы, приборы) или конкретные способы, которые применяются с целью получения электрической энергии, способной полноценно заменить традиционные энергоресурсы, добываемые из недр земли. Существуют различные виды альтернативных источников энергии. Их классифицируют на отдельные группы:

• энергия солнца;
• гидроэнергетика;
• ветроэнергетика;
• энергия земли.

Западные страны повсеместно практикуют сегодня «опережающее развитие энергетической промышленности», что подразумевает строительство новых промышленных объектов и даже целых городов только после того, как рядом будут созданы благоприятные энергетические условия для развития инфраструктуры. Поскольку полезные ископаемые давно уже на исходе, то широкое применение находят именно источники альтернативной энергии. Подробнее об основных видах «зеленых» энергоресурсов читайте дальше.

Солнечная энергия

Ученые провели исследования, результаты которых показали, что суммарное количество всей полезной энергии от солнца, попадающей на поверхность планеты, в 5–6 раз больше всего энергетического потенциала в мире, полученного от применения традиционных органических ресурсов. По предварительным прогнозам, к началу 2050 года солнечная электроэнергетика будет составлять 23-25% от общего количества потребляемых энергетических ресурсов, в том числе и альтернативных. Очевидными преимуществами таких энергетических установок является компактность, экологичность и бесшумность. Но без недостатков не обошлось — в процессе производства солнечных батарей используются токсичные компоненты, что вызывает некоторые трудности с их последующей утилизацией.

Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит, благодаря использованию термодинамических и фотоэлектрических методов. В последнем случае применяют специальные фотоэлементы, которые трансформируют световые кванты в электрический ток. Если вас интересует альтернативная энергия своими руками, то солнечные батареи легко сделать в домашних условиях, используя для этого готовые поликристаллические или монокристаллические элементы. Можно пойти другим путем — сделать солнечные батареи из транзисторов и диодов, но такой способ требует больших трудозатрат, а сами элементы обладают низким КПД. На рынке сегодня можно встретить более современные технологии:

• солнечные батареи;
• наноантенны;
• солнечная черепица;
• солнечные станции.

Передовой технологией в сфере альтернативной энергетики считается создание полностью автономных фотоэлектрических электростанций, использующих фотоэлементы на кремниевой основе. При помощи данной научной разработки появилась возможность преобразовывать прямую и рассеянную солнечную радиацию в электроэнергию. КПД при этом сохраняется на уровне 12-15%. Но даже более простые по конструкции энергетические системы способны заменить керосиновые лампы, свечи и аккумуляторные батареи, поэтому их применение вполне оправданно. В частном секторе также широко используются солнечные коллекторы для нагрева воды.

Ветроэнергетика

В списке самых доступных и недорогих источников альтернативной энергетики на втором месте находится энергия ветра. Принцип действия ветрогенератора заключается в запуске ветряного колеса при помощи силы ветра, благодаря чему полученная энергия передается на ротор электрогенератора. При расположении этих установок в степных районах, где рельеф местности не создает «помех» для движения воздушных масс, возможно обеспечить беспрерывное энергоснабжение домов или производственных объектов малой мощности.

К недостаткам технологии относят непостоянство стихии и низкий КПД при эксплуатации единичного ветрогенератора. Если вы ищите альтернативные источники энергии для частного дома, то использовать ветрогенераторы нецелесообразно, поскольку они производят много шума, и это доставляет определенный дискомфорт для проживания людей поблизости с установками. Самыми распространенными способами получения электроэнергии являются:

• ветряные электростанции;
• ветрогенераторы;
• безлопастные турбины.

Энергия ветра очень велика. По предварительным подсчетам, проведенным метеорологами, стратегические запасы воздушной энергии составляют порядка 130–150 трлн кВт/ч ежегодно. При этом «ветряная» альтернативная энергетика и экология планеты — понятия очень близкие. Электроэнергию, необходимую для бытовых и промышленных нужд, можно получать, не засоряя атмосферу ядовитыми отходами. Энергия ветра доступна для повсеместного использования, но непредсказуема: она рассеивается в пространстве и не имеет постоянного вектора движения, что усложняет ее аккумуляцию. Иногда сильные порывы ветра попросту выводят из строя элементы конструкции ветряков, а ремонт оборудования обходится дорого. Несмотря на это, ветроэнергетика активно развивается. В западных европейских странах альтернативные источники энергии давно пользуются широкой популярностью. Только при помощи ветра там получают 2500 МВт электроэнергии.

В 2008 году суммарная мощность ветряных электростанций и ветрогенераторов во всем мире составила 110 гигаватт, что в 6 раз больше, по сравнению с показателями 2000 года. Главным препятствием для массового строительства ветряков является недостаток свободных площадей (без деревьев, гор и других естественных преград), удаленных от жилых районов.

Гидроэнергетика

На планете сосредоточены колоссальные запасы воды — более 70% земной поверхности, и люди давно начали использовать этот энергетический потенциал для собственных нужд. Уровень воды на побережьях морей на протяжении 24 часов меняется трижды. Эти колебания больше всего ощутимы в устьях рек, которые впадают в море, и заливах. Древнегреческие мыслители объясняли перепады уровня воды «капризами» Посейдона. И только в 18 столетии Ньютон выдвинул гипотезу, что массы воды движутся, благодаря силе притяжения небесных тел. Амплитуда приливов в различных местах Земли неодинакова и составляет 5–20 метров. Сегодня наибольшее распространение получили альтернативные источники электроэнергии, работа которых построена на преобразовании волновой и приливной энергии водных масс.

Еще в 1935 году российский ученый Константин Циолковский впервые предложил получать электроэнергию, используя для этого морские волны. Однако в процессе реализации этой идеи возникли определенные трудности. Первые волновые энергетические станции, которые вырабатывали электроэнергию из кинетической энергии морских волн, появились в 2008 году. Суммарный потенциал таких установок оценивается в 2,5 млн Мвт. В основе их работы лежит использование в открытом океане специальных поплавков, которые расположены на небольшой глубине и поглощают колебания волн. Однако плюсы и минусы альтернативных источников энергии в области волновой гидроэнергетики пока изучены слабо, что делает эту технологию менее популярной на фоне других доступных вариантов.

В 1968 году в России запустили в эксплуатацию приливную электростанцию (ПЭС), которая для получения электроэнергии использует силу приливов (кинетическую энергию вращения планеты). Во Франции такая электростанция действует с 1966 года. Турбины приводятся в действие за счет движения воды из морского залива в специальный бассейн и обратно. ПЭС обладает очевидным достоинствами, по сравнению с традиционными тепловыми электростанциями, которые работают за счет сжигания нефтепродуктов и каменного угля.

Геотермальная энергия

Некоторые традиционные и альтернативные источники энергии имеют сходство по способу получения. Например, геотермальные энергоресурсы тоже добывают из недр земли. Однако при этом не страдает экология планеты. В глубинах нашей планеты сосредоточено колоссальное количество тепловой энергии, которую можно использовать во благо всего человечества. Природная энергия Земли применяется по-разному: одни источники служат основой для организации автономного теплоснабжения, другие — для получения электроэнергии. В конце 1994 года в Америке было запущено в эксплуатацию более 300 блоков геотермических станций, большая часть которых расположена в долинах гейзеров.

Основными достоинствами данной технологии являются неисчерпаемость ресурсов и полная независимость от атмосферных условий. Но имеются и недостатки. Отработанные термальные воды содержат в своем составе токсичные химические соединения, поэтому сбрасывать их в поверхностные водоемы нельзя — приходится закачивать обратно под землю. Сейсмологи и вовсе против геотермальной энергетики, поскольку уверены, что эти «неприродные» процессы способны спровоцировать землетрясения.

Необычные источники энергии

В Японии недавно начали испытывать методы градиентной энергетики. Для производства электроэнергии используется разница температур морской воды. Например, на небольших глубинах температура составляет порядка 5–6℃, тогда как ближе к поверхности вода прогревается до 22—25 градусов. А поскольку разница глубин при таком температурном перепаде относительно небольшая, то в техническом плане нет серьезных ограничений для реализации этой уникальной задумки. Данная технология больше подходит для прибрежных районов и островов, для которых дешевая энергия крайне важна.

В качестве альтернативы традиционным горючим ископаемым предприимчивые ученые даже решили использовать океанских медуз. Интерес представляют не сами морские обитатели, а содержащийся в них люминесцентный белок, благодаря которому медузы светятся зеленым цветом. Исследования показали, что после кратковременного облучения ультрафиолетовыми лучами протеин начинает излучать электроны, трансформируя их в электрический ток. Но в масштабах планеты данная технология пока не применима.

Альтернативные источники энергии для дома — тема весьма интересная и заслуживает всестороннего рассмотрения. Возможность жить полностью автономно привлекает внимание миллионов людей на планете. Самыми востребованными в жилом секторе признаны методы получения электроэнергии из ветра и солнца, но и другие варианты со временем могут стать ключевыми в энергетической отрасли. Уже сегодня можно встретить необычные технологии, которые пригодны для индивидуального пользования: ветряные турбины на прицепе, мини-электростанции на основе воздушного змея, стеклянные шары для аккумуляции солнечных энергоресурсов… Постоянное развитие альтернативных отраслей энергетики позволит нам сохранить экологию на земле и снизить себестоимость электроэнергии.