Виды альтернативных источников энергии: Виды альтернативной энергетики. Справка — РИА Новости, 13.11.2009

Альтернативные источники энергии | Новости компании EF-LIGHT

Альтернативные источники энергии – это возобновляемые ресурсы, которые позволяют получать энергию без использования традиционных способов (нефть, газ, уголь). Основная задача альтернативной энергетики – поиск новых источников, которые бы могли обеспечить необходимый объем энергии, не нанося серьезного вреда экологии. Поиск новых ресурсов ведется постоянно, многие «нетрадиционные» методы получения энергии успешно используются в качестве частичной альтернативы традиционным методам. Альтернативная энергетика внедряется во все сферы жизни и на сегодняшний день можно встретить обычные бытовые приборы, работающие на энергии ветра или солнца.

Виды альтернативных источников энергии

Альтернативная энергетика так же, как и традиционная, использует природные ресурсы, однако делает это безопасно для планеты. Основная идея заключается в применении возобновляемых ресурсов, отсюда и название – возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Органическое топливо в виде газа и нефти конечно, в то время как энергия ветра или солнца не закончится никогда. Интересно отметить, что возобновляемые источники энергии активно использовались нашими предками еще до того, как в оборот вошло органическое топливо. К сожалению, последнее дает больше энергии при меньших затратах, поэтому сегодня ВИЭ занимают далеко не первое место.

Солнечная энергия. Самый популярный источник альтернативной энергии в мире. Специальные гелиоустановки или солнечные батареи (фотоэлементы) преобразуют солнечную энергию в другие виды энергии. Солнце можно использовать как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Среди преимуществ – возобновляемость ресурса, бесшумность, абсолютная экологичность (при переработке нет вредных выбросов). Главным недостатком является зависимость от суточного и сезонного ритма излучения, а также необходимость использовать большое количество солнечных батарей (большая площадь солнечной фермы) для выработки достаточного количества энергии. На сегодняшний день солнечная энергия активно используется во многих странах; доля энергии, получаемой от солнца, может составлять до 25% от общей суммы всей используемой в стране энергии.

Энергия ветра. Еще один популярный и активно внедряемый ресурс. Специальные ветровые электростанции (современные ветряные мельницы) преобразуют энергию ветра в электричество. Недостатки и преимущества у таких электростанция такие же, как и в случае с энергией солнца. С одной стороны энергия ветра – экологичный и возобновляемый ресурс, с другой – сильная зависимость от природных условий. Еще один недостаток современных ветряных мельниц — высокий уровень шума, это не позволяет устанавливать их вблизи жилых зон. Впрочем, ветроэнергетика на данный момент является самым перспективным направлением альтернативной энергетики

Тепловая энергия земли. Для переработки данного вида энергии используются геотермальные станции, которые преобразуют энергию грунтовых вод, вулканов, термальных источников. Геотермальные станции могут вырабатывать как тепловую энергию, так и электричество для разных нужд. Основное преимущество – возобновляемость и полная независимость от времени суток или времени года (в отличие от энергии солнца и ветра). Основной недостаток – низкая рентабельность и в некоторых случаях невозможность использовать грунтовые воды из-за токсичности.

Энергия приливов и отливов. Данный вид альтернативной энергии начали разрабатывать относительно недавно, он использует энергию приливов и отливов (кинетическую энергию вращения земли) для выработки электроэнергии. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, работающие в режиме насоса или генератора. К сожалению, в отличие от классической гидроэлектростанции, подобные установки не пользуются большим спросом так как показывают низкую рентабельность. На данный момент специальные насосы чаще всего устанавливают не отдельно, а лишь в качестве одного из элементов классической гидроэлектростанции.

Биотопливо. Биотопливо – это топливо из растительного или животного сырья. Чаще всего под биотопливом нового поколения понимают твердое (торф, отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидкое (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Перечисленные виды альтернативного топлива не единственные. Ученые постоянно ведут поиск новых источников энергии; используются грозовая энергия (атмосферное электричество) и даже энергия вирусов. К сожалению, все новые разработки пока не показывают высокой эффективности и не могут стать полноценной заменой традиционной энергетике.

Как возобновляемые источники энергии могут стать конкурентоспособными по цене и стоимости вырабатываемой энергии

Будучи генеральным директором Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (МАВИЭ), я с удовольствием согласился написать об удивительном преображении сектора энергетики, которое стало возможно благодаря внедрению технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии. Эта тема была предложена в любезном приглашении издания «Хроники ООН», и мы еще вернемся к этому факту, поскольку он многое говорит о том, какое место сейчас занимает использование возобновляемых источников энергии и как их воспринимают.

Но сначала необходимо поговорить о том, почему это направление энергетики имеет такое значение. Мир стоит на пороге беспрецедентного поворотного момента. Изменение климата — это реальная и неизбежная угроза благополучию, которого сегодня уже достигли многие и к которому стремятся и ради которого трудятся миллионы людей. Но, разумеется, дело не только в этом. Дело в том, что мы должны обеспечить выживание наиболее уязвимых жителей планеты и защиту экосистем и биологического разнообразия. Климат меняется во многом вследствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания ископаемых видов топлива, хотя есть и другие важные причины. Чтобы остановить изменение климата, мы должны сократить потребление этих видов топлива, насыщенных углеродом. Возобновляемые источники энергии могут и должны стать центральным элементом этого плана.

Увеличение объемов использования энергии из возобновляемых источников даст и другие положительные результаты. Применение подобных технологий позволяет создать рабочие места, уменьшить загрязнение атмосферы на местном уровне и сократить потребление воды. Технологии производства энергии из возобновляемых источников почти исключительно основаны на использовании местных ресурсов и, следовательно, помогают оградить экономику наших стран от внешних потрясений, связанных с энергетической безопасностью. Важно отметить, что для многих из 173 государств, которые являются членами и подписантами нашей организации, использование возобновляемых источников — это также один из наиболее быстрых способов расширить доступ к электроэнергии. Ярко выраженный модульный характер многих из этих технологий, особенно фотовольтаики, которая основана на использовании энергии солнца, и наземной ветроэнергетики, также означает, что впервые за всю историю электроэнергетики отдельные лица и сообщества играют активную роль в собственном электроснабжении. В этом качестве технологии производства энергии из возобновляемых источников знаменуют собой переход к более демократичной и равномерной энергосистеме.

Преимущества возобновляемых источников энергии многочисленны и очевидны, однако столь же многочисленны и очевидны препятствия к их внедрению. Сложившиеся рыночные структуры, непонимание принципов действия новых технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии, затрудненный доступ к финансированию и его высокая стоимость, неадекватные механизмы регулирования, отсутствие системы вознаграждений за компенсацию загрязнения ископаемыми видами топлива (например, выбросов в атмосферу углерода и местных загрязняющих вещества), небольшая емкость рынков и политическая неопределенность — все эти факторы сыграли свою роль в сдерживании использования возобновляемых источников энергии. К счастью, благодаря усердной работе предприятий данной отрасли, правительств, финансовых учреждений и регулирующих органов многие из этих препятствий преодолеваются.

Каждый год, начиная с 2011 года, более половины всех новых вводимых в эксплуатацию генерирующих мощностей составляли генераторы, основанные на технологиях производства энергии из возобновляемых источников. Сегодня задачи, связанные с использованием возобновляемых источников энергии, ставят перед собой 164 страны, тогда как в 2005 году таких стран было всего 43. В 2014 году мировой энергетический баланс пополнился рекордным количеством энергии из возобновляемых источников — 130 ГВт (гигаватт), а объем инвестиций в этот сектор вырос с 55 миллиардов долларов США в 2004 году более чем до 260 миллиардов долларов США в 2014 году. 2014 год также стал рекордным с точки зрения объема введенных в эксплуатацию генерирующих мощностей, основанных на технологиях фотовольтаики (40 ГВт) и ветроэнергетики (52 ГВт).

 

Путь к конкурентоспособности

Экономическая составляющая использования возобновляемых источников энергии имеет ключевое значение для понимания их потенциальной роли в энергетике, а также темпов и стоимости перевода энергетики на действительно устойчивые рельсы. К сожалению, большинство правительств не проводили систематического сбора данных, необходимого для отслеживания тенденций в области эволюции — или, как многие справедливо ее называют, революции — затрат на внедрение технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии. В результате эффективность политики слишком часто снижалась вследствие неправильного понимания структуры расходов или по причине использования устаревших данных.

Для восполнения этого пробела и обеспечения проведения здравой политики на основе точных и своевременных данных из надежного источника МАВИЭ разработало базу данных мирового уровня, в которую включено около 15 тыс. проектов по производству энергии из возобновляемых источников для коммунального энергоснабжения и почти три четверти миллиона малых систем, основанных на принципах фотовольтаики.

Тенденции, выявленные на основе этой базы данных, показывают не только успех политики, направленной на снижение расходов, но и основу для трансформации энергетического сектора в будущем.

Ценовая конкурентоспособность возобновляемых источников энергии достигла исторического максимума. При наличии хорошей ресурсной базы и структуры затрат энергия биомассы, воды, геотермальных источников и ветра теперь может быть преобразована в электроэнергию на конкурентоспособных условиях по сравнению использованием ископаемых видов топлива.

В 2015 году цены на солнечные батареи снизились на 75—80 процентов по сравнению с ценами, действовавшими в конце 2009 года. За период с 2010 года по 2014 год ранжированные по уровням затраты на производство электроэнергии для коммунального снабжения на основе технологии фотовольтаики сократились наполовину. Наиболее конкурентоспособные проекты коммунального энергоснабжения с использованием энергии солнца обеспечивают регулярные поставки электроэнергии по цене всего 0,08 доллара США за кВт∙ч (киловатт-час) без финансовой поддержки по сравнению с 0,045—0,14 доллара США за кВт∙ч при использовании ископаемых видов топлива. При этом на 2017 год и далее заложена еще более низкая стоимость. Хорошей иллюстрацией этого сдвига служит проведенный недавно в Дубае тендер на поставку электроэнергии по цене 0,06 доллара США за кВт∙ч, притом что данный регион изобилует ископаемыми видами топлива.

Одним из наиболее конкурентоспособных источников энергии на сегодняшний день является ветроэнергетика. Совершенствование технологии, сопровождающееся дальнейшим сокращением затрат на установку оборудования, позволяет снизить стоимость производства на основе энергии ветра до уровня производства на основе ископаемых видов топлива или даже ниже. Проекты по использованию энергии ветра во всем мире стабильно обеспечивают выработку электричества по цене 0,05—0,09 доллара США за кВт∙ч без финансовой поддержки, тогда как в рамках наиболее эффективных проектов стоимость производства оказывается еще ниже.

Выработка электричества на основе концентрированной энергии солнца и наземной ветроэнергетики на данный момент все еще, как правило, оказывается дороже, чем при использовании ископаемых видов топлива, за исключением наземной ветроэнергетики в приливно-отливных зонах. Однако эти технологии пока находятся на этапе зарождения с точки зрения их применения. Обе они основаны на важных возобновляемых источниках энергии, которые будут играть все более значимую роль в энергетическом балансе будущего, поскольку стоимость их использования продолжит снижаться.

Затраты на производство энергии на основе более зрелых технологий, предполагающих использование возобновляемых источников — энергии биомассы, геотермальных источников и воды, — с 2010 года остаются, в основном, стабильными. Однако при наличии незадействованных экономических ресурсов эти зрелые технологии могут обеспечить наиболее дешевую электроэнергию из любого источника.

С учетом затрат на установку оборудования и эффективности современных технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии, а также стоимости применения традиционных технологий можно говорить о том, что производство энергии из возобновляемых источников все чаще без какой-либо финансовой поддержки может конкурировать на равных с ископаемыми видами топлива.

 

Использование различных возобновляемых источников энергии имеет экономический смысл

Для формирования по-настоящему устойчивой энергетики роль фотовольтаики и ветроэнергетики в электроснабжении должна стремительно расти. Следовательно, основной задачей остается внедрение этих технологий таким образом, чтобы минимизировать любые дополнительные расходы на их интеграцию. Рано или поздно потребуется изменить политику и перейти от изолированного подхода, направленного на поддержку отдельных технологий, к установлению долгосрочных целей для минимизации общесистемных расходов.

Технические препятствия к расширению интеграции в энергосистему различных возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца и ветра, отсутствуют. При низком уровне распространенности стоимость подключения к сетям будет отрицательной или скромной, однако по мере распространения этих технологий она может увеличиться. Но и при этом с учетом экологических последствий использования ископаемых видов топлива на местном и мировом уровне стоимость подключения к сетям представляется значительно меньшим злом, даже если на различные возобновляемые источники будет приходиться 40 процентов общего объема энергоснабжения. Иными словами, при прочих равных и с учетом всех внешних факторов возобновляемые источники энергии остаются принципиально конкурентоспособными.

Каждый вид возобновляемых источников энергии имеет свои нюансы при подключении к системе электроснабжения, однако принцип во всех случаях один и тот же: для удовлетворения ежедневно меняющегося спроса потребуется набор различных технологий производства в различных местах. Энергия воды, биомассы, геотермальных источников и концентрированная солнечная энергия в аккумуляторах тепловой энергии являются базовыми, или контролируемыми, технологиями и не представляют никаких особых проблем для функционирования сетей.

Дополнительные общесистемные расходы, которые могут рассматриваться помимо и сверх расходов на производство энергии из различных возобновляемых источников, относительно невелики. Увеличение расходов в системах передачи и распределения энергии обычно минимально. В то же время общесистемные расходы могут вырасти за счет необходимости дополнительного резерва под перепады напряжения и с учетом циклических изменений погодных условий, чтобы не прекращать энергоснабжение в периоды слабого ветра или снижения интенсивности солнечного излучения.

Однако необходимо также учесть экологические и медицинские последствия использования ископаемых видов топлива в качестве источника энергии. В отсутствие подобного анализа возобновляемые источники энергии не могут конкурировать на равных с традиционными. Если учесть вред, наносимый человеческому здоровью при сжигании ископаемого топлива для производства энергии, в экономическом выражении, а также внешние факторы, связанные с выбросами CO₂ (исходя из значений в диапазоне 20—80 долларов США в расчете на тонну CO₂), стоимость производства энергии за счет ископаемого топлива вырастет на 0,01—0,13 доллара США за кВт∙ч (в зависимости от страны и применяемой технологии), что приведет к повышению стоимости электроэнергии на основе ископаемых видов топлива до 0,07—0,19 доллара США за кВт∙ч

 

Перспективы дальнейшего снижения расходов на выработку энергии из возобновляемых источников

Вернемся к заголовку данной статьи. «Как возобновляемые источники энергии могут стать конкурентоспособными с точки зрения цены» — не совсем правильное название, потому что технологии производства энергии из возобновляемых источников уже конкурентоспособны. Вопрос должен состоять в том, как еще больше уменьшить затраты и какие проблемы возникают при стремлении к этой цели.

Это ключевой вопрос, с которым мы сталкиваемся сегодня. Итоги анализа, проведенного МАВИЭ, показывают, что конкурентоспособность возобновляемых источников энергии имеет свои нюансы. Стоимость установки оборудования существенно варьируется не только между странами, но и внутри отдельных государств. Некоторые из этих различий связаны со структурными или относящимися к конкретному проекту проблемами, однако во многих случаях этот вопрос можно решить за счет проведения более совершенной политики.

В то же время остаются еще неиспользованные возможности сокращения расходов на оборудование и реализацию проектов. Однако в эпоху низких цен на оборудование дальнейшее сокращение расходов возможно в первую очередь за счет уменьшения сальдо от реализации проекта, а также снижения затрат на осуществление деятельности, техническое обслуживание и финансирование.

Реализация такого потенциала сокращения расходов и уменьшение различий в уровне затрат между рынками имеет определяющее значение для достижения мировых экономических, экологических и социальных целей. Следующим этапом стремительного развития возобновляемых источников энергии станет повышение их конкурентоспособности. Такие страны, как Индия, Иордания, Объединенные Арабские Эмираты и Чили постепенно осознают, что использование возобновляемых источников энергии часто оказывается наиболее экономичным способом удовлетворения спроса на электроэнергию. Однако темпы таких перемен будут слишком низкими для нашей планеты, даже несмотря на рост конкурентоспособности возобновляемых источников энергии.

Настало время воспользоваться открывающейся возможностью и ускорить распространение возобновляемых источников энергии для достижения наших общих целей, предполагающих наличие безопасной, надежной, недорогой и экологически устойчивой энергии. Сейчас это можно сделать дешевле, чем когда-либо, и этот вариант все чаще будет оказываться наиболее экономичным для потребителей сегодня и в долгосрочной перспективе. 

Интернет-издание о высоких технологиях

Альтернативные источники энергии становятся выгодными

Альтернативная энергетика шагнула далеко вперед — то, что еще вчера казалось фантастикой, сегодня стало объективной реальностью. Рост спроса на альтернативные источники энергии вызван уже не только заботой об экологии того или иного региона, но и экономической выгодой.

Согласно недавнему заявлению одного из лидеров энергетического хозяйства Евросоюза, к 2010 году 10% всего потребляемого электричества будет производиться за счет возобновляемых источников энергии. Впереди всех по использованию альтернативных источников электроэнергии пока Германия. Если верить отчету местного Федерального союза энергетики и водного хозяйства (BDEW), то показатель в 10% в настоящий момент здесь почти достигнут, а в 2008 году эта цифра будет намного выше и составит более 14%. Согласно этому же отчету, альтернативные источники энергии в Германии распределились следующим образом: на долю энергии ветра приходится 6,8%, на гидроэнергетику — 3,4%. Использование энергии биомассы дает стране 3,1%. И лишь 0,5% составляют так называемые солнечные батареи или фотоэлектрические системы, если пользоваться научной терминологией.

Напомним, что к альтернативным автономным источникам электроэнергии специалисты относят, прежде всего, энергию солнца, ветра и воды. Отдельным, многоцелевым, источником энергии служит биомасса — из жидких органических отходов которой получают биогаз, являющийся, в том числе, и топливом для электрогенераторов последнего поколения.

На российском рынке представлен целый спектр решений из области альтернативной энергетики, позволяющих решать самые сложные задачи. В том числе и те, для которых раньше применялись традиционные источники автономного электропитания — газовые и дизельные установки. Благодаря энергии солнца, ветра и воды сегодня можно обеспечить электричеством небольшой коттедж и даже целый населенный пункт, организовать поиск и добычу полезных ископаемых, подъем воды из скважин, наладить ирригационные системы.

Энергия ветра

Ветроэнергетические установки являются на сегодняшний день основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую. Ветроэнергетика активно развивается во всем мире. Установка по преобразованию энергии ветра в электрический ток выглядит, как ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей — обычно их 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Для автономного питания используются так называемые малые ветроэнергетические установки — мощностью до 100 кВт. Сфера их применения во многом совпадает с фотопреобразователями.

Подобные ветроустановки часто работают совместно с дизельгенераторами. Активно ведутся инновационные разработки в области ветро-солнечных установок. Считается, что ветро-солнечные электрогенераторы способны обеспечить более равномерную выработку электроэнергии — при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной — наоборот, усиливается.

Энергия воды

Энергия воды используется в установках двух типов. Это, в первую очередь, приливные электростанции, чей принцип работы основан на перепаде уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Основное их преимущество состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды. Вторым типом «водных» электростанций являются речные. Автономные источники электропитания, в основном, устанавливаются на малых реках.

В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке автономных гидроагрегатов, в том числе и в России. Новейшее оборудование полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, а также отличается повышенным сроком службы в сравнении с традиционными источниками электроэнергии — ресурс работы подобных установок до 40 лет. Помимо использования малых рек, одной из инноваций применения автономных гидроэлектростанций является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, на промышленных и канализационных стоках. Автономные гидроэлектростанции обычно устанавливают вместо гасителей давления. 

Энергия биомассы

Под биомассой понимаются все органические вещества растительного и животного происхождения. Энергия, содержащаяся в биомассе, может конвертироваться в технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями. С помощью получения растительных углеводородов, к примеру, можно получить рапсовое масло, добавляемое к дизельному топливу. Термохимическая обработка (прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, фест-пиролиз) дает прямую конверсию в топливо. И третий путь, применяемый исключительно к жидкой биомассе, — биотехнологическая конверсия. На выходе можно получить низкоатомные спирты, жирные кислоты и биогаз.

Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана. Вырабатываемый биогаз используется не только в качестве топлива для электрогенераторов последнего поколения, но и в двигателях внутреннего сгорания — для производства электрической и механической энергии.

Энергия солнца

Бытует мнение, что солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных странах, а Россия после распада Советского Союза является скорее северной страной, где солнечного излучения недостаточно и использовать его нецелесообразно. Но с момента появления первой солнечной батареи (1954 год) прошло более полувека, с тех пор сделано множество открытий в этой области, технология заметно усовершенствовалась. Последние исследования и разработки специалистов Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН) показали, что использовать фотоэлектрические источники питания в России можно и нужно. Плюсы использования солнечных батарей очевидны. Прежде всего, для запуска солнечной батареи не нужны дополнительные источники электроэнергии: чтобы солнечная батарея начала функционировать, достаточно только солнечного излучения. Кроме того, а отличие от дизельгенераторных установок топливо для солнечной батареи неиссякаемо. Во всяком случае, пока светит солнце! Фотоэлектрические установки удобны для транспортировки и монтажа, так как имеют малый вес. Специалисты также отмечают надежность современных солнечных батарей, способных работать очень долго практически в любых климатических зонах.

Фотоэлектрические автономные источники питания обычно состоят из целого ряда солнечных батарей, расположенных на плоскости. Если раньше солнечные батареи имели весьма низкий КПД, то некоторое время назад разрабочикам удалось существенно увеличить показатели благодаря использованию двух- и трехслойных элементов. Электрический ток возникает при попадании солнечных лучей на фотоэлементы — в фотоэлектрическом генераторе. Наиболее эффективны генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником или между разнородными проводниками. Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического (наиболее высокий кпд), поликристаллического и аморфного.

По мнению большинства специалистов, за альтернативным энергоснабжением — будущее не только автономных источников энергоснабжения, но и всей энергетики. По мере появления новых технологических решений, использование подобных установок будет все шире применяться во всем мире. В том числе и в России. Ведь уже сейчас основным мотивом использования альтернативных источников питания является не экологическое обоснование, а экономический фактор. В самое ближайшее время следует ожидать появления множества инноваций в области комбинированных решений — ветро-фотоэлектрических, дизель-ветровых и дизель-фотоэлектрических автономных энергоустановок. Работы в этом направлении активно ведутся.

Андрей Егоров

Проектируем электрику вместе: Виды альтернативных источников энергии

Традиционные энергетические ресурсы.. Возобновляемые источники энергии.. Солнечная энергия.. Ветряные двигатели.. Гидроэнергетика.. Биомасса — возобновляемый источник.. Водородная энергетика.. Геотермальная энергия.. Энергия приливов.. Энергия морских течений.. Возобновляемые технологии – это чистые источники энергии.. Возобновляемые источники — это энергетическая безопасность.

Краткий обзор возобновляемых источников энергии

В настоящее время для производства энергии во всем мире используют в большей степени традиционные ресурсы, такие, как уголь, нефть и природный газ. Ископаемые ресурсы не возобновляемы и не бесконечны, а значит когда-нибудь истощатся. Это сегодня знают даже школьники. Напротив, существуют возобновляемые источники энергии – такие, как ветер и солнечная энергия – они постоянно пополняются и служат неиссякаемым источником энергии для человечества.

Почти все традиционные источники энергии, так или иначе, используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия. Солнечный свет или солнечная энергия, может использоваться непосредственно для нагревания и освещения домов и других зданий, для создания электричества, для нагревания горячей воды, солнечного охлаждения и множества других способов коммерческого и промышленного использования.

Высокая температура солнца также является причиной образования ветров, энергия которых заставляет работать ветряные двигатели. Ветры и высокая температура солнца заставляют воду испаряться. Когда этот водяной пар превращается в дождь или снег и, стекая потоками с гор, наполняет реки, энергия воды заставляет работать гидротурбины, которые вырабатывают электроэнергию.

Наряду с дождем и снегом, солнечный свет вызывает рост растений. Органическое вещество, которое составляет основу этих растений, известно как биомасса. Биомасса может использоваться для производства электроэнергии, топлива или биохимии. Использование биомассы для любой из этих целей называют биоэнергией.

Водород также может находиться во многих органических соединениях, а также в воде. Это самый распространенный элемент на Земле. Водород не присутствует в естественном виде, как газ. Он всегда объединяется с другими элементами, например, с кислородом, чтобы получить воду. После отделения от других элементов, водород может быть использован, как топливо или преобразован в электричество.

Не все возобновляемые источники энергии получаются от солнца

Энергетика земли – геотермальная энергетика – базируется на использовании природной теплоты Земли. Верхняя часть земной коры имеет термический градиент, равный 20–30 °С в расчете на 1 км глубины. Высокая температура внутренних слоев Земли может быть использована для нагревания и охлаждения зданий, а также для производства электроэнергии.
 
Энергия морей и океанов огромна и складывается из многих источников. Это энергия приливов, которая порождается воздействием гравитации луны и солнца на Землю. На ход приливов и отливов влияют также движение планет, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и сила ветра.
В дополнение к приливной энергии есть энергия волн океана, которые образуются движениями воды и ветрами. Солнце также нагревает поверхность океана больше, чем океанские глубины, создавая перепад температур, который может использоваться в качестве источника энергии. Все эти формы океанской энергии могут использоваться, чтобы произвести электричество.

Ключевые преимущества возобновляемых источников энергии:

● Возобновляемые энергетические технологии – это чистые источники энергии, которые имеют гораздо меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с обычными энергетическими технологиями.
 ● Возобновляемые источники – это энергия для будущих поколений. Традиционные источники энергии конечны и когда-нибудь будут исчерпаны. Возобновляемые источники энергии не закончатся. Никогда.  
● Инвестиции в возобновляемые источники энергии расходуются на материалы и технологии по созданию объектов и их эксплуатацию, а не на дорогостоящий импорт энергоносителей. Это означает, что ваши финансовые ресурсы остаются дома, чтобы создавать рабочие места, а не уходят за границу.
● Независимость от иностранных поставок энергоресурсов – это энергетическая безопасность страны.

Несмотря на достижения цивилизации, за пределами городов остается немало мест, в которые не подведен газ, а кое-где нет даже электричества. Там же, где такая возможность есть, стоимость работ по подведению коммуникаций порой абсолютно не соответствует уровню доходов населения. Неудивительно, что альтернативная энергия вызывает сегодня интерес как у владельцев больших и малых загородных домов, так и у горожан.

Читайте также:

1. Энергия ветра;
2. Ветровая электростанция
3. О выборе ветрогенератора 
4. Большая ветроэнергетика
5. Летающий ветрогенератор

 

Альтернативные виды энергии. Обзор источников электичесива

Автор newwebpower На чтение 11 мин. Просмотров 565 Опубликовано 05.11.2016 Обновлено 05.11.2016

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.

Круговорот веществ и энергии в природе

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.

Диаграмма, демонстрирующая соотношение потребления ископаемых и возобновляемых источников энергии

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.

Обеспечение удаленного от цивилизации дома минимально необходимым объемом электроэнергии с помощью солнечных панелей и ветрогенератора

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.

Промышленно выпускаемая солнечная панель, установленная на крыше 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 светодиодных лент.

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.

Схема, иллюстрирующая питание домашних электроприборов от аккумуляторов, заряжаемых ветрогенератором и солнечными панелями

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.

Схема подключения фотоэлементов в сборке

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.

Установка дополнительных солнечных батарей на крыше дома

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.

Солнечный коллектор в составе домашней системы 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.

Разновидности турбин Дарье

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.

Сложный профиль лопасти ветряка

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. Самодельный винт ветрогенератора, сделанный из дерева и металлической пластины

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.

Роторы самодельного генератораСтатор с обмотками для самодельного генератора

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.

Экономия электроэнергии с помощью теплового насоса

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. Двигатель Стирлинга в фокусе параболического зеркала

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.

Аккумулирование солнечного света в живых клетках хлореллы, выращиваемой в промышленных установках

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.

Уборка мискантуса — энергетической агротехнической культуры

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.

Объяснение возобновляемых источников энергии — типы и использование

Какие бывают виды возобновляемой энергии?

• Древесина —Древесная биомасса включает древесные гранулы; щепа из лесного хозяйства; остатки лесозаготовительных, целлюлозно-бумажных и мебельных производств; и дрова для отопления помещений и приготовления пищи. Самым крупным источником энергии на базе древесины является черного щелока, остатков производства целлюлозы, бумаги и картона.
• Биотопливо —Биотопливо включает этанол и биодизельное топливо .Большая часть топливного этанола, используемого в Соединенных Штатах, производится из кукурузы. Биодизель производится из зерновых масел и животных жиров.
• Твердые бытовые отходы и биогаз —Твердые бытовые отходы (ТБО) или мусор содержат биомассу (или биогенные) материалы, такие как бумага, картон, пищевые отходы, скошенная трава, листья, дерево, кожаные изделия и горючие небиомассы. материалы (в основном пластмассы и другие синтетические материалы из нефти). ТБО сжигаются на заводах по переработке отходов в энергию для выработки электроэнергии.Многие свалки в Соединенных Штатах собирают и сжигают биогаз для производства электроэнергии.

Древесина — наш второй по величине источник возобновляемой энергии

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Ветряная электростанция

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

• Обычная гидроэнергетика использует воду в плотинах или в ручьях и реках для вращения турбины и выработки электроэнергии.
• Насосные накопительные системы используют и вырабатывают электроэнергию, перемещая воду между двумя резервуарами на разной высоте.

Геотермальная энергия —Геотермальная энергия — это тепло из горячих недр земли или вблизи поверхности земли. Трещины в земной коре позволяют воде, нагретой за счет геотермальной энергии, естественным образом подниматься на поверхность в горячих источниках и гейзерах. Скважины, пробуренные в земле, позволяют контролируемому выпуску пара или воды на поверхность, чтобы приводить в действие паровые турбины для выработки электроэнергии.Почти постоянная температура земли у поверхности земли используется в геотермальных тепловых насосах для отопления и охлаждения зданий.

Энергия ветра —В ветровых турбинах используются лопасти для сбора кинетической энергии ветра. Ветер обтекает лопасти, создавая подъемную силу, которая заставляет лопасти вращаться. Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор, вырабатывающий электричество.

• Солнечные тепловые системы используют солнечные коллекторы для поглощения солнечного излучения для нагрева воды или воздуха для отопления помещений и нагрева воды.
• Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие солнечные коллекторы для фокусировки солнечных лучей для нагрева жидкости до высокой температуры. Эта жидкость генерирует пар для питания турбины и генератора.
• Фотоэлектрические (PV) системы используют солнечные электрические элементы, которые преобразуют солнечное излучение непосредственно в электричество. Индивидуальные фотоэлементы объединены в модули (панели) различной мощности по выработке электроэнергии. Фотовольтаические системы варьируются от одиночных фотоэлементов для питания вычислителей до крупных электростанций с сотнями модулей для выработки большого количества электроэнергии.

Нажмите для увеличения

Последнее обновление: 13 мая 2021 г.

Что такое возобновляемая энергия? — Определение, типы, преимущества и проблемы

Хотя возобновляемые источники энергии часто рассматриваются как решение будущего наших энергетических потребностей, мы веками использовали естественную силу природы. Ветряные мельницы и водяные колеса использовались для питания зернохранилищ, а солнце использовалось для создания огня для тепла и света.

Однако люди стали все больше зависеть от использования ископаемых видов топлива, включая уголь и природный газ. Было показано, что широкое использование этих типов энергии оказало пагубное воздействие на планету, вызвав повышение глобальных температур, учащение экстремальных погодных явлений и, как следствие, потерю естественной среды обитания.

Последние достижения в области улавливания и хранения, наряду с глобальным движением к Net Zero, привели к расширению производства возобновляемой и зеленой энергии.Эти достижения варьируются от мелкомасштабного производства, такого как установка солнечных панелей в доме, до крупных объектов, таких как морские ветряные электростанции.

Существует ряд разработанных возобновляемых источников энергии, каждый из которых предлагает свои преимущества и проблемы в зависимости от таких факторов, как географическое положение, требования к использованию и даже время года.

1. Солнечная энергия

Потенциал Солнца в обеспечении наших потребностей в энергии огромен, учитывая тот факт, что энергия, достаточная для удовлетворения потребностей планеты в энергии в течение всего года, достигает Земли от Солнца всего за один час.Однако проблема всегда оставалась в том, как использовать и использовать этот огромный потенциал.

В настоящее время мы используем солнечную энергию для обогрева зданий, нагрева воды и питания наших устройств. Электроэнергия собирается с помощью солнечных или фотоэлектрических элементов, изготовленных из кремния или других материалов. Эти клетки преобразуют солнечный свет в электричество и могут питать все, от мельчайшего садового светильника до целых кварталов. Панели на крыше могут обеспечивать электричеством дом, в то время как общественные проекты и солнечные фермы, использующие зеркала для концентрации солнечного света, могут создавать гораздо более крупные запасы.Солнечные фермы также могут быть созданы в водоемах, так называемые «плавающие вольтаики». Они предоставляют еще один вариант для размещения солнечных панелей.

Помимо возобновляемых источников энергии, солнечные энергетические системы также являются экологически чистыми источниками энергии, поскольку они не производят загрязнителей воздуха или парниковых газов. Если панели правильно расположены и изготовлены, они также могут считаться зеленой энергией, поскольку не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

2. Ветроэнергетика

Энергия ветра работает так же, как и старые ветряные мельницы, используя силу ветра для вращения лопастей.Если движение этих лопастей раньше заставляло жерновы измельчать вместе и производить муку, то современные турбины приводят в действие генератор, который производит электричество.

Когда ветряные турбины устанавливаются на суше, их необходимо размещать в местах с сильным ветром, таких как вершины холмов или открытые поля и равнины. Оффшорная ветроэнергетика развивалась десятилетиями, и ветряные электростанции обеспечивали хорошее решение для выработки энергии, избегая при этом многих жалоб на неприглядный вид или шум на суше.Конечно, использование на море имеет свои недостатки из-за агрессивных сред, в которых турбины должны работать.

3. Гидроэнергетика

Гидроэлектроэнергия работает аналогично ветровой энергии в том смысле, что она используется для вращения лопастей турбины генератора для выработки электричества. Гидроэнергетика использует быстро движущуюся воду из рек или водопадов для вращения лопастей турбин и широко используется в некоторых странах. В настоящее время это крупнейший возобновляемый источник энергии в Соединенных Штатах, хотя энергия ветра быстро сокращает разрыв.

Плотины гидроэлектростанций являются возобновляемым источником энергии, но они не обязательно являются источниками зеленой энергии. Многие из более крупных «мегаплотин» отвлекают природные источники воды, что оказывает негативное воздействие на население животных и людей из-за ограниченного доступа к источнику воды. Однако при тщательном управлении меньшие гидроэлектростанции (менее 40 мегаватт) не оказывают такого катастрофического воздействия на местную окружающую среду, как отклонение лишь части водного потока.

4.Энергия биомассы

Энергия биомассы использует органические материалы растений и животных, включая сельскохозяйственные культуры, деревья и древесные отходы. Эта биомасса сжигается для получения тепла, которое приводит в действие паровую турбину и вырабатывает электричество. Хотя биомасса может быть возобновляемой, если она получена из устойчивых источников, во многих случаях это не зеленая или чистая энергия.

Исследования показали, что биомасса из лесов может производить более высокие выбросы углерода, чем ископаемое топливо, а также оказывать неблагоприятное воздействие на биоразнообразие.Несмотря на это, некоторые формы биомассы действительно предлагают вариант с низким содержанием углерода при определенных обстоятельствах. Например, опилки и древесная щепа с лесопилок могут использоваться для получения энергии из биомассы, где она обычно разлагается и выделяет более высокие уровни углерода в атмосферу.

6. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло, удерживаемое в ядре Земли, которое создается в результате медленного распада радиоактивных частиц в горных породах в центре планеты. Путем бурения скважин мы можем вывести на поверхность сильно нагретую воду, которая может использоваться в качестве гидротермального ресурса для вращения турбин и выработки электроэнергии.Этот возобновляемый ресурс можно сделать более экологичным, закачав пар и горячую воду обратно в землю, тем самым снизив выбросы.

Доступность геотермальной энергии тесно связана с географическим положением, так как такие места, как Исландия, имеют легкодоступные и готовые источники геотермальных ресурсов.

Прочтите наше полное руководство по геотермальной энергии

7. Приливная сила

Tidal power предлагает вариант возобновляемого источника энергии, поскольку приливом управляет постоянное гравитационное притяжение Луны.Мощность, которую может генерировать прилив, может быть непостоянной, но она надежна, что делает этот относительно новый ресурс привлекательным вариантом для многих.

Однако необходимо проявлять осторожность в отношении воздействия на окружающую среду приливной энергии, поскольку приливные заграждения и другие подобные плотинам сооружения могут нанести вред дикой природе.

Возобновляемая энергия предлагает ряд преимуществ, в том числе предлагает свободно доступный источник выработки энергии. По мере роста сектора также наблюдается всплеск создания рабочих мест для разработки и внедрения решений в области возобновляемых источников энергии завтрашнего дня.Возобновляемые источники также обеспечивают больший доступ к энергии в развивающихся странах и также могут снизить счета за электроэнергию.

Конечно, одним из самых больших преимуществ возобновляемой энергии является то, что большая часть ее также считается зеленой и чистой энергией. Это привело к росту использования возобновляемых источников энергии, особенно преобладающими ветряными и солнечными источниками.

Однако эти экологические преимущества не являются исключительной прерогативой возобновляемых источников энергии. Ядерная энергия также является источником энергии с нулевым выбросом углерода, поскольку она генерирует или выделяет очень низкие уровни CO2.Некоторые предпочитают ядерную энергию таким ресурсам, как солнце и ветер, поскольку ядерная энергия является стабильным источником, не зависящим от погодных условий. Это подводит нас к некоторым недостаткам возобновляемой энергии…

Как упоминалось выше, нельзя постоянно полагаться на многие возобновляемые источники энергии. Когда солнце садится или прячется за облаком, мы не можем генерировать солнечную энергию, а когда не дует ветер, мы не можем производить достаточно энергии ветра. По этой причине ископаемое топливо все еще используется для пополнения возобновляемых источников во многих странах.

Эта переменная производственная мощность означает, что требуются большие решения по хранению энергии для обеспечения достаточного количества энергии, когда производство возобновляемой энергии сокращается. Альтернативным решением является развертывание нескольких возобновляемых технологий, создание более гибкой системы поставок, которая может противодействовать спаду производства для данного источника.

Некоторые возобновляемые ресурсы, такие как гидроэнергетика и биомасса, не страдают от этих проблем с поставкой, но у них обоих есть свои проблемы, связанные с воздействием на окружающую среду, как отмечалось выше.

В дополнение к этому, некоторые возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветряные электростанции, вызывают жалобы местных жителей, которые не хотят жить рядом с ними.

Однако это не всегда так, как показывает пример ветряной электростанции Ардоссан в Шотландии, где, по мнению большинства местных жителей, ферма улучшила территорию. Кроме того, исследование, проведенное правительством Великобритании, показало, что «проекты, как правило, имеют больше шансов на успех, если они пользуются широкой общественной поддержкой и согласием местных сообществ.Это означает предоставление сообществам права голоса и доли ». Эта теория была подтверждена в Германии и Дании, где проекты возобновляемых источников энергии, принадлежащие сообществу, оказались популярными.

Что такое невозобновляемая энергия?

Невозобновляемая энергия поступает из источников, которые либо закончатся, либо не восполнятся в течение тысяч (или миллионов) лет. К ним относятся ископаемое топливо, такое как уголь, и природный газ, которые сжигаются для выработки электроэнергии.

Почему это важно?

Возобновляемые источники энергии важны, поскольку они могут обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии без использования природных ресурсов.Также снижается риск возникновения экологических проблем, таких как разливы топлива, и минимальные проблемы с выбросами, а также уменьшается потребность в импортном топливе. Благодаря надежным поставкам и диверсификации видов топлива возобновляемые источники энергии могут удовлетворить наши потребности в электроэнергии на долгие годы.

Насколько это эффективно?

Эффективность возобновляемых источников энергии зависит от используемых ресурсов. Некоторые возобновляемые источники более доступны и эффективны, чем другие, в то время как некоторые, например геотермальные, в некоторых местах очень полезны, а в других — нет из-за доступности.Однако, несмотря на эти проблемы, возобновляемые источники энергии могут снизить выбросы в электроэнергетике примерно на 80%.

Какой вид возобновляемой энергии лучше всего?

Не существует «наилучшего типа» возобновляемой энергии, так как использование во многом зависит от местоположения. Исландия, например, обладает обширными геотермальными ресурсами, в то время как такие места, как высокогорье Шотландии, хорошо подходят для использования энергии ветра. В других областях лучше всего подходит солнечная энергия, в то время как Соединенные Штаты инвестировали в гидроэнергетику.У каждого типа возобновляемой энергии есть преимущества и недостатки, часто связанные с поставкой, а это означает, что лучшим решением часто является совместное использование различных типов ресурсов.

Где чаще всего используются возобновляемые источники энергии?

Исследование стран по всему миру показало, что Германия использует наибольшее количество возобновляемой энергии — 12,74%. Далее следуют Великобритания (11,95%), Швеция (10,96%), Испания (10,17%), Италия (8,8%), Бразилия (7,35%), Япония (5,3%), Турция (5,25%), Австралия (4,75%). %) и США (4.32%) все входят в первую десятку.

Очевидно, что необходимо проделать большую работу для увеличения этих показателей использования, чтобы достичь полностью возобновляемого будущего, но эта потребность движет индустрию вперед и создает возможности в этом секторе.

Закончатся ли возобновляемые источники энергии?

Возобновляемые источники энергии не закончатся — по крайней мере, в течение многих миллионов лет (например, в случае солнца). Они представляют собой жизнеспособную альтернативу невозобновляемым ресурсам, таким как ископаемое топливо, в то время как многие из них также являются экологически чистыми и практически не производят CO2.

Может ли возобновляемая энергия заменить ископаемое топливо?

Есть надежда, что возобновляемые источники энергии однажды заменят ископаемое топливо. На планете ограниченное количество угля и нефти, поэтому они в конечном итоге закончатся. Это означает, что будущее должно быть возобновляемым. Кроме того, экологические преимущества чистой, зеленой и возобновляемой энергии в будущем становятся все более очевидными по мере того, как глобальное потепление продолжается.

Чтобы полностью заменить ископаемое топливо, необходимо будет продолжать внедрять инновационные решения в области возобновляемых источников энергии.Кроме того, существует большая вероятность того, что возобновляемые источники необходимо будет использовать совместно друг с другом для обеспечения стабильного снабжения. Существует потребность в более чистых методах производства и улучшенном управлении энергопотреблением и хранением.

Хотя полностью возобновляемое будущее возможно, предстоит еще много работы, прежде чем мир будет готов полностью отказаться от ископаемого топлива.

Возобновляемые источники энергии, похоже, станут важной частью будущего энергобаланса наряду с другими чистыми источниками, такими как ядерная энергия.Стремление к более экологичному будущему для производства электроэнергии способствует увеличению числа рабочих мест в отраслях возобновляемой энергетики, таких как солнечная и ветровая. Эта тенденция, похоже, продолжится, поскольку правительства стремятся достичь нулевого уровня.

Связанные часто задаваемые вопросы (FAQ)

Типы возобновляемых источников энергии

Все, что вам нужно знать, чтобы начать сокращение выбросов углекислого газа.

Давайте поговорим о возобновляемых источниках энергии.

Проще говоря, возобновляемый источник энергии — это то, что может генерировать электричество, не истощаясь.Мы говорим о природных ресурсах, таких как ветер, солнце, вода, биологические вещества и геотермальное тепло. По сравнению с так называемыми «традиционными» источниками энергии, такими как ископаемое топливо (нефть, уголь и природный газ) и нефтепродукты на основе сырой нефти, возобновляемые источники энергии представляют собой устойчивый источник энергии с значительно сокращенными выбросами углекислого газа (CO ₂ ).

Что все это значит? Короче говоря, возобновляемые источники энергии — это основа чистой, экологически чистой электроэнергии, которая может помочь уменьшить или смягчить последствия изменения климата.

Примерно 11% от общего потребления энергии в США приходится на возобновляемые источники энергии. ¹

Только в 2019 году клиенты Green Mountain Energy помогли США избежать выбросов углерода более чем на 9,3 миллиарда фунтов, просто обеспечив свои дома 100% чистой электроэнергией. Это все равно, что за месяц убрать с дороги 11,8 миллиона автомобилей! ² Тем не менее, несмотря на преимущества чистой энергии, она по-прежнему составляет лишь небольшую часть от общего количества энергии, потребляемой сегодня в Соединенных Штатах.Но по мере того, как все больше и больше людей начинают видеть (солнечный) свет, это число может расти. С вашей помощью мы сможем изменить способ производства электричества и направить всех на путь более экологичного образа жизни.

Примите обязательство использовать чистую возобновляемую энергию в своей жизни с помощью плана Green Mountain Energy.

Посмотреть планы

Solar Energy

Вы знаете этот большой, яркий, красивый шар, который освещает небо? Знаете ли вы, что он может самостоятельно удовлетворить потребности всего мира в энергии?

Солнечная энергия бесплатно берет весь потрясающий свет, который излучает солнце, и преобразует его в чистую электроэнергию для домов и предприятий.Знаете ли вы, что если бы вы могли собрать весь солнечный свет, падающий на Землю за один час, вы могли бы произвести достаточно электричества, чтобы снабжать весь мир в течение года?

Если это звучит дико, подождите, пока вы не услышите, чего мы уже достигли с помощью солнечной энергии:

• Каждый мегаватт-час (МВтч) солнечной энергии в США позволяет избежать примерно 1500 фунтов выбросов углерода в год. ³
• Клиенты Green Mountain Energy помогают стимулировать спрос на солнечную энергию, что приводит к увеличению производства солнечной электроэнергии прямо здесь, в США.S.
• Через Green Mountain Energy Sun Club® мы финансировали проекты в области солнечной энергии, которые помогли сообществам жить более устойчиво.

Солнечная энергия уже много лет является одним из самых быстрорастущих источников новой энергии в мире. По состоянию на 2018 год общая установленная мощность солнечных батарей в Соединенных Штатах составляет 55 гигаватт (ГВт). Этого достаточно, чтобы привести в действие около 11 миллионов домов! А благодаря усовершенствованным технологиям, более доступным материалам и возросшему потребительскому спросу солнечная энергия продолжает становиться все более доступной.Для многих домовладельцев это означает, что солнечная энергия на крыше теперь имеет экономический смысл и может обеспечить долгосрочную экономию.

Узнайте больше о солнечной энергии, ее производстве и пользе для планеты. >

Энергия ветра

Люди использовали ветер на протяжении сотен лет для всего, от путешествий до производства продуктов питания, но в настоящее время мы улавливаем ветер по другой причине: для обеспечения устойчивого энергоснабжения наших домов и предприятий.

Если вы когда-нибудь проезжали по сельскохозяйственным угодьям, то наверняка видели, как на горизонте крутятся ветряные турбины.Эти гигантские трехлопастные башни далеки от ветряных мельниц старой школы, которые Дон Кихот использовал для наклона, но они также делают гораздо больше. По состоянию на 2018 год каждый МВт-ч ветровой энергии, произведенной в Соединенных Штатах, позволяет избежать выбросов углекислого газа более чем на 1400 фунтов в год. ³ Когда вы понимаете, что только США могут производить более 105 500 мегаватт (МВт) энергии ветра, ⁵ преимущества энергии ветра говорят сами за себя.

• Green Mountain Energy поддерживает более 100 ветряных электростанций прямо здесь, в США.S.
• Наши клиенты способствуют росту спроса на 100% ветряную энергию.
• Энергия ветра — самый быстрорастущий рынок труда в США ⁴

Всего одна ветряная турбина может произвести достаточно электроэнергии для питания нескольких домов, но вам не нужно вкладывать средства в одну, чтобы ваш задний двор мог пожинать плоды. преимущества 100% энергии ветра. Гигантские ветряные электростанции, разбросанные по всей стране, способны снабжать электричеством миллионы домов. Подключаясь к сети и продавая свою электроэнергию таким компаниям, как Green Mountain Energy, ветряные фермы дают таким людям, как вы, возможность выбирать чистую электроэнергию с использованием 100% возобновляемой энергии ветра.Как тебе глоток свежего воздуха?

Узнайте, как энергия ветра помогает уменьшить углеродный след. >

Яркое солнышко или легкий ветерок? Приобретите наши планы защиты от загрязнения сегодня, чтобы начать активизировать экологичный образ жизни со 100% чистой электроэнергией.

Посмотреть планы

Geothermal Energy

Если вы никогда раньше не слышали о геотермальной энергии, будьте готовы удивиться. Верно, вы можете получить чистую энергию, используя тепло из центра Земли.

Ядро Земли горячее.Действительно горячо. Мы говорим жарче, чем поверхность солнца. Если вы просверлите отверстие достаточно глубоко, вы сможете уловить часть этого тепла в виде пара. Направьте этот пар через турбину, которая вращает генератор, и следующее, что вы узнаете, вы отправите 100% экологически чистую электроэнергию в дома и на предприятия.

• Геотермальная энергия помогает США избежать выбросов более 1500 фунтов CO ₂ на каждый мегаватт-час, производимый ежегодно. ³
• Сегодня геотермальная энергия вырабатывается более чем в 20 странах, при этом Калифорния и Невада лидируют в США.С. Геотермальная энергетика.
• Ожидается, что к 2023 году мировая мощность геотермальной энергии превысит 17 ГВт. ⁶ Этого электричества хватит, чтобы за год запитать более 1500 домов! ¹

Звучит круто, не правда ли?

Узнайте, как энергия ядра Земли используется для производства чистой энергии. >

Гидроэлектроэнергия

В то время как солнечная и ветровая энергия вызвали в последние годы столь необходимую шумиху из-за всего, что они делают, чтобы помочь планете, есть один возобновляемый источник энергии, который производит чистую электроэнергию в течение долгого-долгого времени: хорошо старый верный H ₂ O.Гидроэлектроэнергия — она ​​же гидроэлектроэнергия, или гидроэнергетика, если вы клевый ребенок, — вырабатывается за счет силы движения воды в реках и океанах. Это настолько популярный источник чистой энергии, что каждый штат США в той или иной степени использует его. Фактически, на долю гидроэлектроэнергии приходится 70% всей электроэнергии, потребляемой в штате Вашингтон.

• Доказательства наличия гидроэнергетики были обнаружены еще в 350 году до нашей эры, что сделало ее одним из старейших источников энергии в истории человечества.
• Для производства электроэнергии можно использовать многие формы воды, в том числе речные течения, речные плотины, океанские волны и океанские приливы.
• Гидроэлектроэнергия позволяет ежегодно сокращать выбросы углерода более чем на 1500 фунтов на МВтч в США. ³

Для выработки гидроэлектроэнергии вы строите плотину, которая направляет текущую воду по трубе к турбине, прежде чем выплевывать ее обратно на другую сторону. Сила воды, проходящей через трубу, раскручивает турбины, которые вращают генератор, вырабатывающий электричество.

Производство гидроэлектроэнергии — один из наименее дорогих возобновляемых источников энергии в стране, эффективность которого составляет около 90%.Напротив, электростанции, работающие на ископаемом топливе, обычно работают с КПД около 60% и при этом загрязняют планету. Кроме того, гидроэлектростанции могут очень быстро отправлять электроэнергию в сеть, обеспечивая необходимое резервное производство электроэнергии во время крупных чрезвычайных ситуаций с электричеством.

Узнайте, как гидроэлектроэнергия помогает сократить выбросы углерода. >

Биомасса

Когда-нибудь жареный зефир на костре? Поздравляю, вы ощутили преимущества энергии биомассы. Биомасса — это необычный термин для обозначения любого органического вещества, которое выделяет энергию при сгорании или разложении.Наиболее распространенной биомассой, используемой в возобновляемых источниках энергии, являются растения, пищевые отходы и отходы животноводства.

Работает так. Биомасса растительного происхождения, такая как древесные отходы, опилки и излишки сельскохозяйственных культур, сжигается для образования пара. Биомасса животного происхождения, такая как отходы сельскохозяйственных животных, собирается в большом резервуаре с бактериями для производства метана, который затем сжигается для нагрева воды и образования пара. В обоих случаях пар вращает турбину для питания генератора, а электричество отправляется в сеть.

• Клиенты Green Mountain Energy поддерживают производство электроэнергии из биомассы прямо здесь, в США.S.
• Энергия биомассы, используемая клиентами Green Mountain Energy, отводит излишки сельскохозяйственных культур, осадок сточных вод и органический мусор из потока отходов.

Биомасса как возобновляемый источник энергии — один из способов рационального использования отходов производства в бизнесе чистой энергии. Они говорят правду: мусор для одного человека — это источник возобновляемой чистой энергии для другого.

Узнайте больше об энергии биомассы и о том, как она утилизирует отходы. >

Примите обязательство использовать чистую возобновляемую энергию в своей жизни с помощью плана Green Mountain Energy.

Просмотреть планы

¹ Управление энергетической информации США
² Статистика воздействия основана на доме в Техасе, потребляющем 2000 кВтч в месяц и ежегодном пробеге автомобиля 15000.
³ Агентство по охране окружающей среды
⁴ Бюро статистики труда США
⁵ Американская ветроэнергетическая ассоциация
⁶ Международное энергетическое агентство

Альтернативная энергия в центре внимания | Изучайте науку в Scitable

Практически каждая страна в мире сегодня признает, что эпоха получения энергии из ископаемых видов топлива, главным образом из сырой нефти и угля, идет на убыль.На Земле не только ограниченное количество запасов ископаемого топлива, но и экологические (и даже политические) издержки использования этих запасов выше, чем готово нести большинство стран. В результате поиск энергии, полученной из альтернативных источников, включая геотермальные, ядерные, солнечные, ветровые и гидроэлектрические технологии, приобрел огромное значение в политических и научных кругах. Некоторые страны добились значительных успехов в переводе своей энергетической базы с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии; например, Дания, которая поставляла более 95% своей национальной энергии из ископаемого топлива в начале 1970-х годов, в настоящее время поставляет более 30% энергии из ветра и других возобновляемых источников.Многие другие страны, в том числе США и Китай, по-прежнему в значительной степени основаны на ископаемом топливе, но начинают осознавать необходимость инвестировать на национальном уровне в инновации в области альтернативной энергетики, которые могут преобразовать их экономику в ближайшем будущем. Следующие двадцать лет вполне могут принести масштабное переосмысление мирового подхода к энергетике.

Есть много вопросов, на которые необходимо ответить, и сотни путей, по которым можно идти в поисках выхода за рамки ископаемого топлива. Следует ли правительствам мира делать упор на стратегиях повышения энергоэффективности, снижающих спрос на ископаемое топливо за счет снижения энергопотребления? Одним из примеров такого подхода является использование «умных сетей», которые более эффективно регулируют поток энергии от коммунальных предприятий к домам и предприятиям.Или правительствам следует делать упор на освоение новых источников энергии, таких как энергия ветра или геотермальная энергия? Или их комбинация? Должны ли автомобили будущего работать на топливных элементах, электричестве, растительном топливе. . . или ископаемое топливо? В дебатах об альтернативных источниках энергии нет простых ответов. Формирование глубокого понимания многих точек зрения в этом диалоге необходимо для выработки продуманной, сбалансированной позиции.

В этом разделе мы предлагаем экскурсию по поиску альтернативных источников энергии.Какие виды энергии исследуются, и каковы их плюсы и минусы? Как традиционные энергетические компании, в том числе нефтегазовые компании и коммунальные предприятия, реагируют на этот вызов? Как выращивание альтернативных источников энергии может стимулировать экономический рост? Мы надеемся, что ваше исследование ресурсов, которые мы собрали здесь, чтобы ответить на эти вопросы, станет лишь началом непрерывного взаимодействия с одним из самых важных вопросов нашего времени.

Изображение: НАСА.

возобновляемых ресурсов | Национальное географическое общество

Когда дело доходит до энергоресурсов, всегда возникает вопрос устойчивости.Важно, чтобы ресурсы обеспечивали достаточно энергии для удовлетворения наших потребностей — для обогрева наших домов, электроснабжения наших городов и запуска наших автомобилей. Однако также важно учитывать, как эти ресурсы можно использовать в долгосрочной перспективе. Некоторые ресурсы практически никогда не закончатся. Они известны как возобновляемые ресурсы. Возобновляемые ресурсы также производят чистую энергию, что означает меньшее загрязнение и выбросы парниковых газов, которые способствуют изменению климата.

Источники энергии в Соединенных Штатах со временем эволюционировали: от использования древесины до девятнадцатого века до более позднего освоения невозобновляемых ресурсов, таких как ископаемое топливо, нефть и уголь, которые до сих пор остаются доминирующими источниками энергии.Но запас этих ресурсов на Земле ограничен. В последнее время стало расти использование возобновляемых ресурсов. По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2017 году 11 процентов энергопотребления в США приходилось на возобновляемые источники.

Есть некоторые проблемы, связанные с использованием возобновляемых ресурсов. Например, возобновляемая энергия может быть менее надежной, чем невозобновляемая энергия, с сезонными или даже ежедневными изменениями в количестве производимой энергии. Однако ученые постоянно обращаются к этим проблемам, работая над улучшением осуществимости и надежности возобновляемых ресурсов.

Возобновляемые ресурсы включают энергию биомассы (например, этанол), гидроэнергетику, геотермальную энергию, энергию ветра и солнечную энергию.

Биомасса относится к органическому материалу растений или животных. Сюда входят древесина, сточные воды и этанол (который поступает из кукурузы или других растений). Биомассу можно использовать в качестве источника энергии, потому что этот органический материал поглощает энергию Солнца. Эта энергия, в свою очередь, выделяется в виде тепловой энергии при сгорании.

Гидроэнергетика — один из старейших возобновляемых источников энергии, который использовался тысячи лет.Сегодня каждый штат США использует определенное количество гидроэлектроэнергии. В гидроэнергетике механическая энергия проточной воды используется для выработки электроэнергии. Гидроэлектростанции используют поток рек и ручьев, чтобы вращать турбину для питания генератора, высвобождая электричество.

Геотермальная энергия поступает из тепла, вырабатываемого глубоко внутри ядра Земли. Геотермальные резервуары можно найти на границах тектонических плит вблизи вулканической активности или глубоко под землей. Геотермальную энергию можно использовать путем бурения скважин для перекачки горячей воды или пара на электростанцию.Эта энергия затем используется для отопления и электричества.

Энергия ветра генерирует электричество за счет вращения ветряных турбин. Ветер толкает лопасти турбины, и генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Это электричество может поставлять электроэнергию в дома и другие здания, а также может храниться в электросети.

Излучение Солнца также можно использовать в качестве источника энергии. Фотоэлектрические элементы можно использовать для преобразования этой солнечной энергии в электричество.По отдельности эти элементы генерируют достаточно энергии только для питания калькулятора, но в сочетании для создания солнечных панелей или даже более крупных массивов они обеспечивают гораздо больше электроэнергии.

Поиск правильного метода использования возобновляемых ресурсов — задача, которая становится все более важной, поскольку запасы невозобновляемых ресурсов на Земле продолжают сокращаться. Переход на возобновляемые источники энергии не только лучше поддержит быстро растущее население мира, но и обеспечит более чистую и здоровую окружающую среду для будущих поколений.

Каковы наиболее эффективные формы возобновляемой энергии — от инженера

Сегодня отмечается второй ежегодный День профессиональных инженеров в США; Чтобы отпраздновать это событие, мы рассмотрим, как машиностроение способствует быстрому росту секторов возобновляемой энергетики.

Сила рынка возобновляемых источников энергии заключается в его разнообразии и ощутимых преимуществах. Эта инфографика, созданная онлайн-программой магистра наук в области электротехники Нью-Джерси Технологического института, исследует различные типы, которые используются в настоящее время.Узнайте больше о том, как они работают и как эксперты определяют их эффективность.

На возобновляемые источники энергии приходилась десятая часть общего потребления энергии в США в 2015 году. Половина этого объема приходилась на электроэнергию. Наиболее эффективные формы возобновляемой энергии: геотермальная, солнечная, ветровая, гидроэлектроэнергия и биомасса.

Наибольший вклад приходится на биомассу (50%), за ней следуют гидроэлектроэнергия (26%) и энергия ветра (18%).

Геотермальная энергия вырабатывается за счет использования естественного тепла Земли.На планете хранится огромное количество энергии с проводимостью 44,2 тераватта. Согласно недавнему отчету, ожидается, что к 2021 году мировая промышленность будет производить около 18,4 гигаватт энергии.

С другой стороны, энергия ветра использует воздушный поток для перемещения массивных ветряных турбин. Механическое воздействие генерирует электрическую энергию. Ряды ветряных мельниц обычно строят вдоль прибрежных районов, где нет препятствий, препятствующих потоку. К 2050 году эта отрасль может составить 35% производства электроэнергии в США.

К тому времени, по мнению экспертов, солнечная энергия могла бы обеспечивать 25% наших потребностей в энергии. Оценка основана на комбинированных фотоэлектрических и солнечных тепловых энергетических системах. Это может быть не так далеко от реальности, учитывая продолжающееся совершенствование солнечных технологий и неуклонное снижение стоимости панелей.

Биомасса — это древесина, биотопливо, отходы и другие формы органических веществ, которые сжигаются для производства энергии. В процессе сжигания выделяются выбросы углерода, но он по-прежнему считается возобновляемым, поскольку используемые растения можно выращивать заново.Производство будет расти медленнее, чем остальные, с 4,2 квадриллиона БТЕ в 2013 году до 5 квадриллионов БТЕ в 2040 году.

Гидроэлектростанции используют энергию движущейся воды для выработки электроэнергии. Обычным методом является строительство плотин для регулирования потока. Это требует огромных инвестиций, но затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание довольно низкие. В настоящее время это составляет 7% от общего производства энергии в США.

Измерение эффективности использования возобновляемых источников энергии

Мы можем выяснить, какой из этих возобновляемых источников энергии является наиболее эффективным, посчитав затраты на топливо, производство и ущерб окружающей среде.Ветер выходит на первое место с большим отрывом от всех остальных источников. За ним следуют геотермальные, гидроэнергетические, атомные и солнечные.

Была разработана формула для расчета стандартной стоимости электроэнергии или LCOE различных методов, которые мы обсуждали. Результат зависит от нескольких факторов, включая капитальные затраты, стоимость топлива, прогнозируемую степень использования, стоимость эксплуатации и стоимость обслуживания.

Помимо этого, и владельцы заводов, и инвесторы должны учитывать потенциальное влияние на эффективность других внешних факторов.Например, когда дело касается цен на топливо и государственной политики, всегда будет элемент неопределенности. Одна администрация может быть поддержана налоговыми льготами и другими стимулами для отрасли. Другой может быть не в восторге от его взлета.

Помимо LCOE, используется еще одна формула, называемая «приведенная стоимость электроэнергии» или LACE. Это измеряет стоимость сети для выработки электроэнергии, вытесненной проектом новой генерации. LACE стремится устранить пробелы в LCOE путем сравнения эффективности технологий с учетом региональных различий.

Типы ветровой энергии

Существуют различные типы ветровой энергии, включая морскую, распределенную и бытовую. Для морских условий характерны турбины, расположенные в водоемах. Их размещение затрудняет строительство, так что они могут быть на 50% дороже ядерных и на 90% дороже генераторов на ископаемом топливе.

Ветер коммунального масштаба — это электроэнергия, вырабатываемая ветряными электростанциями, которая затем доставляется в энергосистему для распределения коммунальными предприятиями конечному пользователю.Используемые турбины более 100 кВт. С другой стороны, распределенная ветровая энергия также называется малым ветром, потому что мощность турбин составляет 100 кВт или меньше. Электроэнергия поставляется напрямую конечному пользователю.

Ветровые турбины могут использовать конструкцию с горизонтальной или вертикальной осью. Первый более популярен, чем второй. Они состоят из лопастей, башни, трансмиссии, органов управления, электрических кабелей, групповой опоры и соединительного оборудования. Маленькие турбины для дома имеют роторы от 8 до 25 футов в диаметре и выдерживают более 30 футов.

Преимущества и недостатки энергии ветра

Этот вид энергии обеспечивает 88 000 рабочих мест по всей территории США, из которых 21 000 находятся в производственном секторе. Это бесплатный и возобновляемый ресурс, чистый и не загрязняющий окружающую среду. Поскольку он находится в гармонии с природой, его можно построить на земле, которая также используется для выращивания сельскохозяйственных культур или выпаса животных. Первоначальные вложения могут быть высокими, но операционные расходы низкие. Для работы не требуется топлива.

Что касается экономических выгод, она считается засухоустойчивой товарной культурой как для фермеров, так и для владельцев ранчо.Налоги, уплачиваемые владельцами ветряных электростанций, направляются в сельские общины. Действительно, около 70% существующих турбин находится в странах с низким уровнем дохода. В период с 2008 по 2015 год они принесли более 128 миллиардов долларов инвестиций. Это привело к улучшению здоровья населения в размере 7,3 миллиарда долларов за счет сокращения выбросов загрязнителей воздуха.

Не все, однако, есть хорошие новости, поскольку есть и существенные недостатки. Инженеры должны решить несколько проблем, включая непостоянный характер ветра. Идеальные места для строительства, как правило, удалены от городов, которые больше всего нуждаются в электроэнергии.Преодоление этого разрыва имеет первостепенное значение.

Они обычно шумят во время поворота, и их сложно построить. Представьте себе, что вы строите 20-этажные башни, в которых можно разместить лопасти длиной до 60 метров. Транспортировка материалов к удаленным объектам — сложная логистическая задача. Хотя наземные животные безопасны, птицы часто становятся жертвами лезвий, пытаясь пройти сквозь них. Морские турбины следует эксплуатировать с учетом схемы миграции, чтобы обеспечить безопасность морских птиц.

Наши последние слова о возобновляемых источниках энергии

Экспорт производителей ветряных турбин подскочил с 16 миллионов долларов в 2007 году до 488 миллионов долларов в 2014 году.

Это можно отнести к достижениям в технологии ветряных турбин. Это включает в себя разработку специального лезвия, которое может увеличить захват энергии на 12%. Благодаря этому и другим нововведениям этот вид возобновляемой энергии становится более эффективным и привлекательным для инвесторов.

Источники энергии: сравнение

Если вы хотите быть экологически чистыми, вам следует водить электромобиль. Верно?

К сожалению, не все так просто. Хотя электромобили не загрязняют воздух вокруг себя, как двигатель внутреннего сгорания, их необходимо заряжать, что вызывает вопросы, например, из какого источника энергии поступает электричество и является ли этот источник энергии чистым.

Общая оценка источника энергии основана не только на том, насколько он чист; он также должен быть надежным, доступным и доступным. Не все эти факторы можно однозначно классифицировать. Например, нефть, как правило, относительно доступна в Соединенных Штатах, но отчасти это связано с тем, что правительство субсидирует отрасли, производящие ископаемое топливо. Точно так же, хотя энергия ветра имеет тенденцию быть относительно дорогой, ее стоимость неуклонно снижается в течение многих лет по мере увеличения ее использования.

Для оценки доступных вариантов полезно понимание фундаментальных фактов о том, какие типы энергии доступны и какие компромиссы каждый представляет.

Существует три основных категории источников энергии: ископаемое топливо, альтернативные и возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии иногда, но не всегда, включаются в альтернативу.

Ископаемое топливо образовалось более миллионов лет назад, когда мертвые растения и животные подверглись экстремальному нагреву и давлению в земной коре. Этот естественный процесс превращал кости и другие органические вещества в богатые углеродом вещества, которые при сгорании генерируют энергию. Есть три основных вида ископаемого топлива.

• Нефть — это общий термин, который включает такие продукты, как сырая нефть, которая перерабатывается в более привычные виды топлива, такие как бензин, реактивное топливо, керосин и дизельное топливо. Petroleum и oil часто используются как взаимозаменяемые. Его добывают путем бурения или гидроразрыва пласта (также известного как гидроразрыв).
• Уголь — это горная порода, находящаяся недалеко от поверхности земли, и это одно из самых распространенных ископаемых видов топлива в мире. Его добывают путем открытых горных работ (с использованием машин для очистки самых верхних слоев породы и почвы) и подземных горных работ (с использованием машин и горняков для удаления угля глубоко под землей).
• Природный газ , смесь газов, находящихся под поверхностью земли, добывается аналогично нефти.Достижения в области бурения и гидроразрыва пласта открыли огромные запасы природного газа.

Ископаемые виды топлива часто называют грязными источниками энергии, поскольку их использование сопряжено с высокими, а зачастую и необратимыми последствиями для окружающей среды. Выбросы углерода или количество углекислого газа, выделяемого этим топливом в атмосферу, складываются из поколения в поколение и не могут быть возвращены. Более того, на Земле есть лишь конечное количество этих ресурсов.

Формы энергии, не полученные из ископаемого топлива, включают как возобновляемые источники энергии, и альтернативные источники энергии , термины, которые иногда используются как синонимы, но не означают одно и то же.Альтернативная энергия в широком смысле относится к любой энергии, которая не извлекается из ископаемого топлива, но не обязательно только из возобновляемых источников. Например, в ядерной энергетике чаще всего используется уран — широко распространенное, но технически не возобновляемое топливо. Возобновляемая энергия, с другой стороны, включает в себя такие источники, как солнце и ветер, которые возникают естественным образом и непрерывно.

Существует пять основных возобновляемых и альтернативных видов топлива.

• Энергия ветра создается, когда ветер вращает турбину или ветряную мельницу, которая может быть расположена на суше или на море.
• Солнечная энергия использует солнечную энергию двумя способами: путем преобразования солнечного света непосредственно в электричество, когда солнце отсутствует (например, солнечные панели), или солнечной тепловой энергии, которая использует солнечное тепло для создания электричества, метод, который работает даже когда солнце село.
• Гидроэнергетика создается, когда быстро текущая вода вращает турбины внутри плотины, вырабатывая электричество.
• Атомная энергия вырабатывается на электростанциях в процессе ядерного деления.Энергия, образующаяся во время ядерных реакций, используется для производства электричества.
• Биотопливо , также называемое биомассой, производится с использованием органических материалов (древесины, сельскохозяйственных культур и отходов, пищевых отходов и навоза), которые содержат накопленную энергию солнца. Люди использовали биомассу с тех пор, как открыли, как сжигать дрова для разведения огня. Жидкое биотопливо, такое как этанол, также выделяет химическую энергию в виде тепла.

Возобновляемые и альтернативные источники энергии часто относят к категории экологически чистых источников энергии, поскольку они производят значительно меньше выбросов углерода по сравнению с ископаемым топливом.Но они не лишены воздействия на окружающую среду.

Производство гидроэлектроэнергии, например, выбрасывает меньше углерода, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Однако строительство плотин для строительства водохранилищ для гидроэлектростанций затопляет долины, нарушая местные экосистемы и источники средств к существованию. В другом случае биотопливо является возобновляемым, но культивируется на огромных участках земли и иногда вызывает больше выбросов углерода, чем ископаемое топливо.

Другие соображения, такие как безопасность, также имеют значение. Вероятность расплавления ядерной установки чрезвычайно мала, но если она произойдет, результаты будут катастрофическими.