Что такое альтернативные источники энергии: виды, выгода и перспективы развития. Энергетическая проблема и пути её решения

Альтернативная энергия: Есть ли шанс?

Это не миф. И конечно альтернативная энергия чище по сравнению с традиционными источниками энергии - нефти и газа. Хотя такие компании как BP, Exxon и любые другие нефтедобывающие корпорации, получающие прибыль от высокой стоимости ископаемого топлива, наверное, хотели бы, чтобы мы думали по-другому. Ископаемому топливу планеты 275 миллионов лет. Но пришло время уйти на пенсию популярным, но очень токсичным ресурсам планеты, для того чтобы перейти на экологически чистые источники . Вот десять видов альтернативной энергии, которые рано или поздно уничтожат нефтяную отрасль планеты.

На сегодняшний день на планете основное потребление энергии в мире осуществляется от трех форм ископаемого углерода: угля, нефти и природного газа. Весь мир в качестве энергии добывает и сжигает 87 процентов этого вида топлива.

Но истинная стоимость сжигания грязных источников энергии это экология всей планеты. И мировые лидеры осознают важность . Именно поэтому многие страны мира постепенно развивают добычу энергии из новых экологически чистых источников.

Также необходимость развивать альтернативную энергию связана с сокращением мировых запасов . Конечно, в настоящий момент мы наблюдаем временный рост запасов. Но это связано со снижением спроса из-за финансовой нестабильности многих экономик мира. Но в скором времени падение запасов продолжится в геометрической прогрессии. Это неизбежно. Конечно, есть еще множество месторождений нефти по всему миру. Однако они истощаются с огромной скоростью. Математика проста: из-за роста потребления нефти в будущем менее чем за сто лет.

Ископаемым видам топлива требуется миллионы лет, чтобы сформировалась именно та химическая формула, которая позволяет нам сейчас, добывая нефть, уголь или газ без особых затрат, сжигать топливо, получая дешевую энергию. К сожалению, человечество не может искусственно создать эти ископаемые углероды. Если мир в ближайшие годы не снизит свою зависимость от этого вида топлива, то уже меньше чем через 100 лет мир останется полностью без традиционных видов энергии.

Но начало по развитию альтернативных источников энергии уже положено. По оценкам экспертов уже к 2035 году будут обеспечивать планету энергией на уровне 25-ти процентов. Но это ничто в мировом масштабе.

И это с учетом того что, скорее всего рано или поздно человечество начнет отказываться также и от ядерной энергетики. Например, в результате катастроф в , и на Чернобыльской АЭС мир столкнулся с осадками, от которых пострадала вся планета. Именно поэтому во многих странах мира уже все больше многие политики высказываются за отказ от ядерных электростанций.

Невероятно, но являются более вредными, чем ядерная энергетика. Именно это и дают толчок для развития альтернативных и возобновляемых источников энергии. Зачем тратить миллиарды, чтобы наносить вред всей планете, когда можно использовать природную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, ветер, реки и океаны?

10) Ветроэнергетика

Это естественно. Если есть кислород, атмосфера и т.п. то есть движение воздушных масс. И ветер не собирается покидать нашу планету в ближайшие миллионы лет. Ветер не истощает озоновый слой планеты. У ветра нет собственника. Кстати за последние столетия человечество не придумало ничего нового для использования ветра. В течение столетий люди использовали ветряные мельницы, для передачи на механизм перерабатывающий зерно.

Принцип добычи энергии из ветра остается тот же. Мало того, но до 1980-х годов никто в мире не пытался создать установку, которая помогала бы добывать от ветра энергию промышленных масштабов. Но после 1980 года в США начали запускать первые ветряные электростанции.

В настоящий момент в США размещено более 13,000 аэродинамических установок, вырабатывающие чистую энергию. В США используются небольшие ветряные установки, которые могут вырабатывать до 100 кВт и обеспечивать домохозяйство необходимой энергией.

Также в Америки используются береговые ветряные турбины, которые собирают энергию ветра, текущего над океанами. Кроме того, ветряные генераторы распространены в сельской местности, размещаемые в полях.

По состоянию на 2016 год на территории США это самый . Около 6 центов за 1 кВт-ч. Еще один плюс ветряной энергии это необходимость использования воды для добычи электричества, что немаловажно в условиях дефицита природной воды в мировом масштабе.

9) Гидроэлектроэнергия

Гидроэлектростанции очень популярны во всем мире. Примечательно, что в некоторых странах гидроэлектростанции обеспечивают население 75 процентами необходимой энергии.

Например, гидроэлектростанция в Итайпу (Парагвай) обеспечивает 90 процентов потребностей страны в энергии. Кроме того, эта станция обеспечивает энергией Бразилию, поставляя 20 процентов электричества необходимого всей Бразилии. Мощность гидротурбин составляет 10 процентов от всей мощности гидроэлектростанций во всем мире.

Первая крупная ГЭС открылась на Ниагарском водопаде на американо-канадской границе в 1879 году. С помощью плотины обеспечивается более экологически чистая выработка энергии.

В настоящее время, стоимость энергии ГЭС это менее половины стоимости энергии добываемой от солнечных батарей и в три раза меньше, чем себестоимость .

Также гидроэнергия имеет КПД выше, чем при сжигании угля и газа. Например, КПД составляет 50 процентов, когда как КПД ГЭС равняется 90 процентам. Кроме того, почти вся используемая вода для работы электрических турбин, возвращается в запасные хранилища.

8) Солнечная энергия

Не является новой. Швейцарский ученый Хорас де Соссюр построил первое устройство в 1767 году, которое, используя тепловую энергию, нагревало воду для мытья и приготовления пищи. Позже Кларенс Кемп запатентовал первый солнечный водонагреватель в 1891 году.

Из-за нефтяного кризиса в 70-х годах в мире началось движение по исследованию альтернативной энергетики.

Несмотря на снижение цен на нефть, в следующих двух десятилетиях, исследование продолжилось и в итоге окупилось. В 2014 году стоимость солнечной энергии составила на 99 процентов меньше чем в 1977 году. Это делает солнечную энергию жизнеспособным вариантом .

Современные солнечные панели не имеют подвижных частей, которые могут часто выходить из строя. Также они требуют минимального обслуживания, и имеет срок службы 20-30 лет. В течение нескольких лет стоимость установки солнечных батарей уменьшиться вдвое.

Так что в будущем нас ждут окна с солнечными батареями, стены, дороги, автомобили, самолеты, катера, поезда и многое другое, что будет способно получать энергию от солнца.

7) Биоэнергия

Это источник энергии, получаемой от биологических организмов. Например, растения с помощью фотосинтеза напрямую поглощают энергию солнца. Животные, которые едят растения, получают энергию через пищу, в которой уже есть полученная от солнца энергия. Этот природный смысл передачи энергии позволил ученым планеты придумать, способ, с помощью которого энергия в растениях может послужить на благо человечеству.

Органическая энергия биомассы является источником возобновляемой, которую мы можем хранить и использовать повторно.

Жидкое биотопливо уже широко используется во всем мире. Существует два вида биотоплива: , которые добавляются в обычное топливо.

Твердое биотопливо образуется из сельскохозяйственных побочных продуктов, таких как стебли кукурузы, рисовая шелуха, и других совместимых растительных веществ.

Биотопливо сокращает количество отходов сельского хозяйства, обеспечивает устойчивую и безопасную энергию для транспортных средств, электроэнергии и тепла.

6) Геотермальная энергия

Геотермальная энергия поступает из ядра Земли. По оценкам ученых температура в ядре превышает 5000 градусов по Цельсию. Скальные слои земли проводят тепло, которое в итоге поступает к поверхности планеты. Эта геотермальная энергия будет поступать на поверхность земли еще очень и очень долго. Энергия будет поступать даже тогда когда на планете не останется ископаемых видов топлива.

В Исландии ГеоЭС уже сегодня обеспечивают 25 процентов потребления энергии в стране. Для выработки электроэнергии на глубине более 1,5 километров специальное оборудование подымает пар и горячую воду, направляя их в турбины, которые и вырабатывают энергию.

5) Энергия прилива

Приливные турбины используют мощную полярную силу приливов и отливов для выработки электроэнергии. Единственный минус этого вида энергии в невозможности предсказать силу приливной энергии. Но солнечная и ветровая энергия также зависит от погодных условий и времени года. То есть ни сила прилива, не солнечная или ветровая энергия, не может дать энергетикам точно определить заранее, сколько то или иное оборудование сможет выработать энергии в определенный период времени. Правда в последние годы появилось оборудование, которое способно собирать энергию от прибрежных и подводных течений, которые вполне можно предсказывать и соответственно рассчитать заранее получаемую энергию.

4) Энергия волн

Гидроэнергия океана не ограничивается энергией приливов, отливов и подводных течений. Например, как вам может рассказать любой серфер, что энергия волн это что-то невероятное. И действительно большие волны могут давать неплохую энергию. Волны образуются, когда ветер дует над самой поверхностью воды.

Для сбора энергии волн используются плавающие устройства, которые по электрическим кабелям передают электричество на берег или в специальные энергетические хранилища, дрейфующие .

В 2008 году Португалия протестировала первую в мире морскую энерго-ферму (плавающее хранилище энергии), расположенную в пяти километрах от береговой линии.

3) Водородная энергетика

Водородная энергетика дает мощности больше чем обеспечивает мощность транспортным средствам бензин и дизельное топливо. Да, водород химически извлекается из ископаемого топлива. Но не выпускает газы и не разрушает озон. При определенных технологиях водород это чистый источник горения топлива.

В настоящее время для использования всей мощи водорода на водородных электростанциях применяются вспомогательные химические элементы, такие как уголь, природный газ и другие ископаемые виды углеродов, которые используются для питания турбины, необходимой для создания чистой . Но в скором времени вместо ископаемых видов энергии для работы водородной турбины будет применяться солнечная энергия, которая устранит необходимость в сжигании грязного топлива.

2) Объединенные площадки Солнечной, Ветряной и Биотопливной энергии

Солнце, ветер, и био-энергия в одном месте. Это, по мнению ученых, позволит максимизировать сбор энергии. Для этого необходимы большие площади чтобы разместить оборудование, способное собирать энергию ветра, солнца и био-энергию на одной площадке.

Сочетание этих возобновляемых ресурсов увеличивает количество выработки альтернативной энергии, а также позволяет сочетать разные комбинации использования альтернативных источников . Например, добыча ветреной и солнечной энергии ограничено при плохой погоде. Но при комбинированном использовании нескольких видов энергии, позволяет в круглосуточном режиме вырабатывать электричество независимо от климата и т.п.

1) Кинетическая энергия

Все люди вырабатывают энергию за счет движения. Например, если вы едете на велосипеде, то вы получаете кинетическую энергию. В мире не используется огромное количество кинетической энергии. Возможно, когда-нибудь в будущем во всех крупных городах мира тротуарная плитка и другие покрытия пешеходных дорог будут оснащены оборудованием, которое способно собирать кинетическую энергию, которую мы создаем при ходьбе или беге.

Например, подобные тротуарные плитки уже созданы. И эксперимент показал, что если разместить подобные плитки на оживленной улице или в метро, то в течение дня можно будет собрать энергию, необходимую для питания в течение 12 часов небольшого торгового центра.

Ограниченные запасы ископаемого топлива и глобальное загрязнение окружающей среды заставило человечество искать возобновляемые альтернативные источники такой энергии, чтобы вред от ее переработки был минимальным при приемлемых показателях себестоимости производства, переработки и транспортировки энергоресурсов.

Современные технологии позволяют использовать имеющиеся альтернативные энергетические ресурсы, как в масштабе целой планеты, так и в пределах энергосети квартиры или частного дома.

Буйное развитие жизни на протяжении нескольких миллиардов лет наглядно доказывает обеспеченность Земли источниками энергии. Солнечный свет, тепло недр и химический потенциал позволяют живым организмам осуществлять множественные энергетические обмены, существуя в среде, созданной физическими факторами – температурой, давлением, влажностью, химическим составом.

Экономические критерии альтернативных источников энергии

Человек издревле использовал энергию ветра как движитель для кораблей, что позволяло развиваться торговле. Возобновляемое топливо из отмерших растений и отходов жизнедеятельности было источником тепла для приготовления пищи и получения первых металлов. Энергия перепада воды приводила в действие мельничные жернова. На протяжении тысячелетий это были основные виды энергии, которые мы теперь называем альтернативными источниками.

С развитием геологии и технологий добычи недр стало экономически выгодней добывать углеводороды и сжигать их для получения энергии по мере необходимости, чем ждать у моря погоды в буквальном смысле, надеясь на удачное совпадение течений, направления ветра, облачности.

Нестабильность и изменчивость погодных условий, а также относительная дешевизна двигателей, работающих на ископаемом топливе, заставили прогресс развиваться по пути использования энергии недр земли.

Усвоенный и переработанный живыми организмами углекислый газ, покоившийся в недрах миллионы лет, снова возвращается в атмосферу при сжигании ископаемых углеводородов, что является источником парникового эффекта и глобального потепления. Благополучие будущих поколений и хрупкое равновесие экосистемы заставляют человечество пересмотреть экономические показатели и использовать альтернативные виды энергии , ведь здоровье дороже всего.

Сознательное использование возобновляемых природой альтернативных источников энергии становится популярным, но, как и прежде, преобладают экономические приоритеты. Но в условиях загородного дома или на даче использование источников альтернативного электричества и тепла может оказаться единственным экономически выгодным вариантом получения энергии, если проведение, подключение и установка линий энергоснабжения окажется слишком дорогой затеей.

Возможности использования альтернативных видов энергии

Пока ученые исследуют новые направления и разрабатывают технологии холодного термоядерного синтеза, домашние мастера могут использовать следующие альтернативные источники энергии для дома:

• Солнечный свет;
• Энергия ветра;
• Биологический газ;
• Разница температур;

По данным альтернативным видам возобновляемой энергии существуют готовые решения, успешно внедренные в массовое производство. Например – солнечные батареи, ветрогенераторы, биогазовые установки и тепловые насосы различной мощности можно приобрести вместе с доставкой и установкой, чтобы иметь свои альтернативные источники электричества и тепловой энергии для частного дома.

В каждом отдельном случае должен быть свой собственный план обеспечения домашних электроприборов источниками альтернативной электрической энергии, согласно потребностей и возможностей. Например, для питания ноутбука, планшета, зарядки телефона можно использовать источник напряжением 12 В., и переносные адаптеры. Данного напряжения, при достаточном объеме аккумулятора энергии будет достаточно для освещения при помощи .

Солнечные батареи и ветрогенераторы должны заряжать аккумуляторы, ввиду непостоянства освещения и силы энергии ветра. С увеличением мощности альтернативных источников электричества и объема аккумуляторов возрастает энергетическая независимость автономного энергоснабжения. Если требуется подключить к альтернативному источнику электричества электроприборы, работающие от 220 В., то применяют преобразователи напряжения .

Альтернативная энергия солнечного излучения

В домашних условиях практически невозможно создать фотоэлементы, поэтому конструкторы альтернативных источников энергии используют готовые комплектующие, собирая генерирующие конструкции, добиваясь необходимой мощности. Соединение фотоэлементов последовательно увеличивает выходное напряжение полученного источника электричества, а подключение собранных цепочек параллельно дает больший суммарный ток сборки.

Ориентироваться можно на интенсивность энергии солнечного излучения – это примерно один киловатт на квадратный метр. Также нужно учитывать коэффициент полезного действия солнечных батарей – на данный момент это приблизительно 14%, но ведутся интенсивные разработки для увеличения КПД солнечных генераторов. Выходная мощность зависит от интенсивности излучения и угла падения лучей.

Можно начать с малого – приобрести одну или несколько небольших солнечных батарей, и иметь источник альтернативного электричества на даче в объеме, необходимом для зарядки смартфона или ноутбука, чтобы иметь доступ к глобальной сети интернет. Замеряя ток и напряжение, изучают объемы потребления энергии, обдумывая перспективу дальнейшего расширения использования источников альтернативной электроэнергии.

Нужно помнить, что солнечный свет также является источником теплового (инфракрасного) излучения, которое может использоваться для нагрева теплоносителя без дальнейшего преобразования энергии в электричество. Данный альтернативный принцип применяется в солнечных коллекторах , где при помощи отражателей инфракрасное излучение концентрируется и передается теплоносителем в систему отопления.

Альтернативная энергия ветра

Простейший путь для самостоятельного создания ветрогенератора – это использовать автомобильный генератор. Для увеличения оборотов и напряжения источника альтернативного электричества (эффективности генерации электрической энергии) следует применить редуктор или ременную передачу. Объяснение всевозможных технологических нюансов выходит за рамки данной статьи – нужно изучать принципы аэродинамики, чтобы понять процесс преобразования скорости потока воздушных масс в альтернативное электричество.

На начальном этапе изучения перспектив преобразования возобновляемых источников альтернативной энергии ветра в электричество, нужно выбрать конструкцию ветряка. Наиболее распространенные конструкции – это лопастной винт с горизонтальной осью, ротор Савониуса, и турбина Дарье. Лопастной винт с тремя лопастями в качестве источника альтернативной энергии – наиболее распространенный вариант для самодельного изготовления.

При проектировании лопастей винтов большое значение имеет угловая скорость вращения ветряка. Существует так называемый фактор эффективности винта, который зависит от скорости воздушного потока, а также длины, сечения, количества и угла атаки лопастей.

Обобщенно данную концепцию можно понять так – при малом ветре длины лопасти с самым удачным углом атаки будет недостаточно для достижения максимальной эффективности генерации энергии, но с многократным усилением потока и увеличением угловой скорости кромки лопастей будут испытывать чрезмерное сопротивление, которое может их повредить.

Поэтому длину лопастей рассчитывают исходя из средней скорости ветра, плавно изменяя угол атаки относительно удаления от центра винта. Для предотвращения поломки лопастей при ураганном ветре выводы генератора замыкают накоротко, что препятствует вращению винта. Для приблизительных расчетов можно принимать один киловатт альтернативной электроэнергии от трехлопастного винта диаметром 3 метра при средней скорости ветра 10м/с.

Для создания оптимального профиля лопасти потребуется компьютерное моделирование и ЧПУ станок. В домашних условиях мастера используют подручные материалы и инструменты, стараясь максимально точно воссоздать чертежи альтернативных источников ветровой энергии. В качестве материалов используется дерево, метал, пластик и т.д.

Для генерации электричества мощности автомобильного генератора может оказаться недостаточно, поэтому мастера своими руками изготавливают генерирующие электрические машины, или переделывают электродвигатели. Наиболее популярная конструкция источника альтернативного электричества – ротор с попеременно размещенными неодимовыми магнитами и статором с обмотками.

Альтернативная энергия биогаза

Биологический газ в качестве источника энергии получают в основном двумя способами – это пиролиз и анаэробное (без доступа кислорода) разложение органических веществ. Для пиролиза требуется лимитированная подача кислорода, необходимая для поддержания температуры реакции, при этом выделяются горючие газы: метан, водород, угарный газ и другие соединения: углекислый газ, уксусная кислота, вода, зольные остатки. В качестве источника для пиролиза лучше всего подходит топливо с большим содержанием смол. На видео ниже показана наглядная демонстрация выделения горючих газов из древесины при нагреве.

Для синтеза биогаза из отходов жизнедеятельности организмов применяются метантанки различных конструкций. Устанавливать метантанк дома своими руками имеет смысл при наличии в домашнем хозяйстве курятника, свинарника и поголовья крупного рогатого скота. Основной газ на выходе – метан, но большое количество примеси сероводорода и других органических соединений требует применения систем очищения для удаления запаха и предотвращения засорения горелок в тепловых генераторах или загрязнения топливных трактов двигателя.

Нужно основательное изучение энергии химических процессов, технологий с постепенным набором опыта, пройдя путь проб и ошибок, чтобы получить на выходе источника горючий биологический газ приемлемого качества.

Независимо от происхождения, после очистки смесь газов подается в теплогенератор (котел, печь, конфорка плиты) или в карбюратор бензинового генератора, — такими способами получается полноценная альтернативная энергия своими руками. При достаточной мощности газогенераторов возможно не только обеспечение дома альтернативной энергией, но и обеспечивается работа небольшого производства, как показано на видео:

Тепловые машины для экономии и получения альтернативной энергии

Тепловые насосы широко применяются в холодильниках и кондиционерах. Было замечено, для перемещения тепла требуется в несколько раз меньше энергии, чем для его генерации. Поэтому студеная вода из скважины имеет тепловой потенциал относительно морозной погоды. Понижая температуру проточной воды из скважины или из глубин незамерзающего озера, тепловые насосы отбирают тепло и передают его в систему отопления, при этом достигается значительная экономия электричества.

Другой тип тепловой машины – двигатель Стирлинга, работающий от энергии разницы температур в замкнутой системе цилиндров и поршней, размещенных на коленчатом вале под углом 90º. Вращение коленвала может использоваться для генерации электричества. В сети имеется множество материалов из проверенных источников, подробно объясняющих принцип действия двигателя Стирлинга, и даже приводятся примеры самодельных конструкций, как на видео ниже:

К сожалению, домашние условия не позволяют создать двигатель Стирлинга с параметрами выхода энергии выше, чем у забавной игрушки или демонстрационного стенда. Для получения приемлемой мощности и экономичности требуется, чтобы рабочий газ (водород или гелий) был под большим давлением (200 атмосфер и больше). Подобные тепловые машины уже используются в солнечных и геотермальных электростанциях и начинают внедряться в частный сектор.

Чтобы получить максимально стабильное и независимое электричество на даче или в частном доме потребуется совмещения нескольких альтернативных источников энергии.

Новаторские идеи по созданию альтернативных источников энергии

Целиком и полностью охватить весь спектр возможностей возобновляемой альтернативной энергетики не сможет ни один знаток. Альтернативные источники энергии имеются буквально в каждой живой клетке. Например, водоросль хлореллы давно известна как источник белков в корме для рыб.

Ставятся опыты по выращиванию хлореллы в невесомости, для применения в качестве пищи космонавтов при дальних космических перелетах в будущем. Энергетический потенциал водорослей и других простых организмов изучается для синтеза горючих углеводородов.

Нужно иметь в виду, что преобразователя и аккумулятора энергии солнечного света лучшего, чем фторопласт живой клетки пока не придумано. Поэтому потенциальные возобновляемые источники альтернативного электричества имеются в каждом зеленом листе, осуществляющем фотосинтез .

Основная сложность состоит в том, чтобы собрать органический материал, при помощи химических и физических процессов достать оттуда энергию и преобразовать ее в электричество. Уже сейчас большие площади аграрных земель отводятся под выращивание альтернативных энергетических культур.

Другим колоссальным источником альтернативной энергии может служить атмосферное электричество. Энергия молний огромная и обладает разрушительными воздействиями, и для защиты от них используются молниеотводы.

альтТрудности с обузданием энергетического потенциала молнии и атмосферного электричества состоят в большом напряжении и силе тока разряда за очень короткое время, что требует создания многоступенчатых систем из конденсаторов для накопления заряда с последующим использованием запасенной энергии. Также хорошие перспективы имеются у статического атмосферного электричества.

Где брать энергию? Не секрет, что люди рано или поздно исчерпают запасы нефти, газа, угля и даже урана, которые ещё остались на планете. Возникает вполне резонный вопрос: «Что же делать дальше? Где брать энергию?». Ведь вся наша жизнь базируется на использовании энергии. Получается, что после того как закончатся запасы углеводородов закончится и существование цивилизации?

Выход есть! Это так называемые альтернативные источники энергии. Кстати многие из них применяются, причем успешно, уже в настоящее время. Энергия ветра, приливов, солнца и геотермальные источники ─ успешно используется и преобразовывается людьми в электроэнергию. Но это так сказать .

В настоящее время, существуют сотни теорий и разработок по созданию и использованию необычных альтернативных источников энергии. Описанные в этой статье альтернативные источники энергии являются необычными только в том смысле, что они пока не стали популярными, массово не используются, непрактичны, убыточны и т.д.

Но это совсем не значит, что они не смогут эффективно применятся возможно уже в самом ближайшем будущем. Ведь та же нефть, как источник энергии была известна с древнейших времен, но только с конца времени промышленной революции, нефть смогли получить и обработать в пригодную для использования форму.

Неизвестно, что мы в будущем будем использовать для получения энергии, но традиционным источникам энергии наверняка есть альтернативы, и вполне возможно, хотя бы один из перечисленных ниже способов получения электрической энергии сможет стать распространенным и популярным.

Вот 5 необычных альтернативных источников энергии, которые вызывают реальную надежду на эффективное использование их в будущем:

Первая экспериментальная электростанция, получающая энергию из соленой воды создана компанией Statkraft в Норвегии. Электростанция для получения электроэнергии использует физический эффект - осмос. С помощью этого эффекта в результате смешивания солёной и пресной воды извлекается энергия из увеличивающейся энтропии жидкостей. затем эта энергия используется для вращения гидротурбины электрогенератора.

Разработаны демонстрационные электростанции на топливных элементах с твердооксидным электролитом мощностью до 500 кВт. Фактически в элементе происходит сжигание топлива и непосредственное превращение выделяющейся энергии в электричество. Это все равно что дизельный электрогенератор, только без дизеля и генератора. А также без дыма, шума, перегрева и с намного более высоким КПД.

Для получения электрической энергии используется термоэлектрический эффект. Это довольно старая технология, опять ставшая актуальной в наше время за счет массового использования энергосберегающих источников света и различных переносных электроприемников. Уже существуют и с успехом используются промышленные разработки, например отопительно-варочные печи, со встроенными термогенераторами, которые в процессе своей работы позволяют получать не только тепло, но и электроэнергию.

Созданы экспериментальные установки, которые позволяют получать электроэнергию за счет использования кинетической энергии - пешеходные дорожки, турникеты на железнодорожных вокзалах, специальный танцпол со встроенными в него пьезоэлектрическими генераторами. Есть идеи в ближайшем будущем создать специальные "зеленые тренажерные залы", в которых группа спортивных тренажерных велосипедов сможет, по словам производителей, генерировать до 3,6 мегаватт возобновляемой электроэнергии в год.

В данном источником энергии является специальный наногенератор, преобразующий в электрическую энергию микроколебания в человеческом теле. Устройству довольно малейших вибраций, чтобы вырабатывать электический ток, позволяющий поддерживать работоспособность мобильных устройств. Современные наногенераторы превращают любые движения и перемещения в источник энергии. Очень перспективны и интересны варианты совместного использования наногенераторов и солнечных батарей.

А что вы думаете по этому поводу? Может быть вам известны другие новые альтернативные источники электроэнергии. Поделитесь в комментариях!

Время не стоит на месте. В глубокой древности люди использовали как источник энергии только собственные силы, или, по возможности, силы домашних животных. Потом первым внешним источником энергии, который научились использовать люди, был огонь. Все, что вначале умели получить от огня, это приготовление еды и обогрев своего жилища. Сегодня на службе у человечества находятся источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллионы раз. Сейчас мы готовим еду не только с помощью огня, специальной техникой поднимаем тонны грузов, используя ракеты, покоряем космос, заглядываем в глубины Земли и строим миллионы городов. Тем не менее, в мире все чаще возникают локальные энергетические кризисы, связанные с недостатком энергетических ресурсов.

Закон энергии

Энергия никогда не исчезает, она может менять форму и накапливаться. Например, растения нуждаются в солнечном свете, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Вместе с тем, они отдают ее нам в виде съедобных продуктов, люди и животные потребляют эти растения и превращают эту энергию, которая в них накапливается, например, в мышечную работу. С другой стороны, при сжигании дров на костре также освобождается энергия, происходящая от Солнца. Кроме того, все ископаемые ресурсы планеты, прежде всего уголь, природный газ, нефть являются накопителями солнечной энергии. Все эти топливно-энергетические ресурсы образовались из останков животных и растений, которые существовали миллионы лет назад, под действием давления и чрезвычайно высокой температуры в земной коре.

Средневековому человеку показалось бы волшебством, если бы перед его глазами кто-нибудь добыл свет из угля или привел бы в движение машину с помощью нефти. Но это волшебство заключается только в том, чтобы сделать возможным накопление энергии и переход ее из одной формы в другую. В наше время этот процесс стал для всех настолько обычным, что мало кто задумывается об энергетической проблеме и о тех ресурсах, которые мы для этого берем. С того времени, когда человечество начало разгадывать секреты энергии, оно старается добыть энергию с наименьшими затратами. Идеальным вариантом было бы изобрести машину времени, так называемую «перпертум мобиле», которая производила бы энергию сама, получая ее из ничего. Но, к сожалению, такой вечный двигатель, который бы решил все проблемы энергетических ресурсов, создать невозможно. Общее количество энергии всегда остается неизменным, ее нельзя создать, можно лишь освободить накопившуюся энергию и превратить в другую: световую, электрическую, тепловую, физическую, химическую и т. д.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваться в природный кругооборот воды, чтобы таким образом добывать энергию. Сегодня на гидроэлектростанциях производится электроэнергия, которую можно накапливать или же сразу потреблять по назначению.

Невероятной силы морские волны ежесекундно разбиваются о многочисленные побережья, мощная энергия их выполняет свою работу. Но человечество до сих пор не в силах использовать силу морских волн для производства энергии, хотя существует бессчетное количество теоретических моделей и идей их реализации для решения энергетической проблемы. С недавнего времени, а именно после аварии на Чернобыльской АЭС правительства многих морских государств всерьез заинтересовались этим безопасным источником энергии, до этого проводились испытания в основном в области атомной энергетики.

Уголь

Все виды угля - это результат процесса, длившегося миллионы лет, во время которого останки разнообразной растительности разложились и превратились под действием высокого давления в торф, затем - в уголь. Эти залежи на протяжении миллионов лет все глубже и глубже проникали в земную кору, покрываясь сверху новыми пластами. Например, слой торфа в 50 метров уплотнялся до пласта угля в 3 метра. Первыми, еще в I столетии нашей эры, с помощью угля отапливали свои жилища римляне. Исследователи считают, что торф использовался для отопления еще в доисторический период. И только в XVI веке уголь стали использовать в Европе как топливо.

Уголь и нефть по своему происхождению и химическому составу принадлежат к одной группе. На самом деле из угля так же, как из нефти, можно получить бензин. Этот способ был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда нефти для производства бензина не хватало. Этот метод заключается в том, что в процессе сжигания уголь размельчается и проходит определенные химические процессы, в результате чего получается отличное топливо.

Нефть

Как и другие виды ископаемого топлива, которое человечество сжигает для получения тепла и электроэнергии, нефть имеет чрезвычайно почтенный возраст. Самые старые месторождения нефти были образованы 600 млн лет назад. Нефть заполняла все пустоты и щели земной коры, создавая громадные месторождения. В наше время они активно отыскиваются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих залежей.

Из нефти производят все больше и больше веществ, потребляемых человечеством. Бензин и дизельное топливо - не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть является сырьем для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики, пластмассы. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависимо от этих топливно-энергетических ресурсов. Не зря самые богатые страны в мире - это страны-добытчики и производители нефти. В наше время везде господствует нефть. Ни одна другая форма по мощности пока не может заменить нефть как источник энергии.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления еды или производства электроэнергии, - это в большинстве случаев пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен во время бурения первых нефтяных скважин почти случайно. Сегодня природный газ обеспечивает пятую часть мировой потребности в энергии.

Природный газ, который сгорает во время приготовления еды, выделяет энергии в два раза больше, чем электрический ток, производимый тепловыми электростанциями. Природный газ, так же как и уголь, является ископаемым топливом, но по своему происхождению ближе к нефти. Именно поэтому он добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Проще всего добывать природный газ из месторождений, которые находятся под землей, как на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его выработке обеспечивается системой соединительных труб и вентилей, с помощью которых регулируют давление, так как газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Главные европейские месторождения газа находятся в Италии, Франции и Голландии, а также в Северном море, возле побережья Великобритании и Норвегии. Кроме этого, Россия поставляет сибирский газ разветвленной системой газопроводов в страны Центральной Европы. Россия - главный поставщик газа, из Сибири поступает третья часть всех используемых в мире запасов газа.

Энергия из атомов

Атомную энергию человечество научилось получать на электростанциях путем расщепления ядра атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильное ядро и легче всего расщепляется под действием нейтронов. В результате распада ядра освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие ядра атомов. Этот процесс превращается в цепную реакцию и освобождает огромное количество энергии, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и электрогенератор. К сожалению, этот способ решения энергетической проблемы небезопасный, вместе с энергией атомных ядер происходит радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому защита с помощью специальных кожухов на таких электростанциях должна быть максимальной.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем за мягкими альтернативными видами энергии. Существуют такие формы, как энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия. Они не тратят полезные ископаемые и не вредят окружающей среде. Еще их называют возобновляемыми источниками энергии. До тех пор, пока существует жизнь на Земле, сила ветра, биоэнергия и солнечная энергия неисчерпаемы, а ископаемые источники в виде угля, газа и нефти когда-нибудь исчезнут.

Биоэнергия

Биоэнергия - энергия, которая вырабатывается из растений. Для животных и людей растения являются самым важным источником энергии и пищевым продуктом. Растения получают запас энергии непосредственно от Солнца, древесина - носитель возобновляемой биоэнергии. Но потребности нашего индустриального общества настолько велики, что вся древесина на планете сможет удовлетворить только небольшую ее часть, не решая проблемы энергетической. Во многих странах древесина выступает основным источником энергии. Неконтролируемая вырубка ведет к уменьшению количества деревьев, поскольку часто для их насаждений не хватает денег. В таком случае этот источник постепенно становится невозобновляемым, что станет одной из причин энергетической проблемы.

Альтернативным и перспективным методом получения энергии считается производство биогаза. Он формируется из разрушенных веществ животного и растительного мира при отсутствии контакта с воздухом. Сельские хозяйства, где собирается в виде отходов много биомассы, могут использовать для производства метана специальные установки биогаза. Работа таких установок не вредит окружающей среде, а их использование не требует никаких затрат. Решение энергетической и сырьевой проблемы именно в таких альтернативных источниках. Но, конечно, сначала они должны быть построены, а первые опыты всегда связаны с большими расходами. Интересный способ расходовать меньше бензин, например, нашли в Бразилии. Они производят биоспирт - жидкость, получаемую из брожения сахарного тростника и кукурузы. Этот алкоголь добавляется к обычному бензину. Таким образом, страна становится менее зависимой от импорта бензина.

Еще один пример использования биоэнергии представляют собой калифорнийские побережья. На морских фермах выращивается одна из разновидностей морских водорослей, которые ежедневно вырастают на полметра. Их также перерабатывают для получения бензина, а другие виды водорослей используют как сырье на тепловых электростанциях, уменьшая энергетическую и сырьевую проблему.

Энергия ветра

Ветер - один из традиционных источников энергии. Еще в VII веке до н. э. в Персии использовали ветряки, а в 1920 году в США впервые ветряк использовали для производства электроэнергии. Еще спустя 10 лет в Австрии и Баварии были построены ветряные установки, которые обеспечивали собственным электричеством целые местности.

Современные силовые установки производят электроэнергию. С помощью силы ветра движутся электрогенераторы, которые питают электросеть или же накапливают энергию в аккумуляторных батареях. По мнению специалистов, использование силы ветра имеет большое будущее, если человечество отдаст предпочтение развитию технологии альтернативной энергетики, а не атомной энергетике и использованию нефти как источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как разновидность атомного реактора чрезвычайной мощности. Только миниатюрная частичка достигает Земли, но даже она дает возможность жизни. Можно ли превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую? Да, это вполне возможно с помощью солнечных батарей. Уже сегодня везде, где ярко светит Солнце и потребности в электроэнергии небольшие, получают энергию непосредственно от Солнца. Солнечные батареи - это пластины, которые имеют два чрезвычайно тонких слоя. Один слой состоит из кремния, второй - из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, который попадает на солнечную батарею, на ее внешний слой проникают фотоны - мельчайшие частички света, излучаемые Солнцем. Они приводят в движение электроны, перенося их во второй слой и, таким образом, вызывают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, затем - в электрические проводники. Таким образом, например, станции на солнечных батареях уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Пока они еще очень дорогие, но надеемся, что в недалеком будущем они станут достаточно эффективными и дешевыми и смогут решить глобальную энергетическую проблему, удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные фермы сейчас находятся в нежилых краях из-за чрезвычайной жары. Перспективы использования солнечной энергии огромные, по мнению специалистов, если техника для производства водорода будет дальше развиваться, то накопленную в пустынных районах солнечную энергию можно будет доставлять в виде водорода к странам-потребителям.

Зачем беречь энергетические запасы?

Залежи нефти, угля и природного газа, образованные нашей планетой на протяжении миллионов лет, человечество тратит за несколько лет. Когда мы бездумно тратим эти запасы с увеличением добычи энергоносителей, мы обворовываем своих потомков.

Этим мы нарушаем баланс энергии на Земле, ведь соотношение полученной энергии и отдаваемой обратно в космос должно быть уравновешенным. Если же человечество уничтожает и сжигает энергетические запасы, то образуются газы, которые препятствуют возвращению в космос излишка солнечной энергии. Как результат, возникает глобальная энергетическая проблема - наша планета становится теплее, возникает явление, называемое парниковым эффектом. Парниковый эффект может настолько изменить мировой климат, что произойдет расширение пустынь, образуются опустошающие смерчи, растает лед на полюсах, значительно поднимется уровень моря, множество побережий будут залиты водой.

Кроме того, время истощения энергетических ресурсов уже пришло. Ученые бьют тревогу, доказывая, что энергетических ископаемых запасов хватит на несколько десятков лет, затем потребление энергии снизится и благосостояние человечества тоже. Решение проблемы в быстром переходе общества к разумному потреблению энергетических запасов и разработке новых альтернативных и безопасных методов добычи энергии.

За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.

В то время как большинство концепций не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?

Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».

С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.

Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.

Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.

Виды альтернативных источников энергии
Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:

Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.

Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.

Энергия, которая получается напрямую от Солнца; (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.

Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.

Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.

Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.

Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.

Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.

В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.

Развитие
В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.

Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.

Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.

Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.

По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.

Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.

Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.

Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году.