Альтернативные источники энергии: все что нужно знать о трендовом векторе развития в энергетике

В статье от LinDeal вы узнаете о самых известных видах альтернативной энергии, в чем их польза и как добывают, какие плюсы и минусы каждого способа и ее влияние на мировую экологию.

Какие бывают альтернативные источники энергии

Экологическая обстановка на планете ухудшается с каждым днем, а запасы нефти и газа ежедневно уменьшаются. Что же будет с человечеством, когда они полностью исчерпаются? И не случится ли катастрофы раньше — от парникового эффекта, таяния ледников или аварий на атомных станциях? Чтобы не задаваться этими вопросами, чтобы обеспечить достойную жизнь следующим поколениям, уже сегодня передовые государства и ответственные компании активно развивают альтернативную энергетику. Что это такое, в чем выражается, какие плюсы и минусы несет с собой и как существует сегодня, редакция https://lindeal.com расскажет в своем свежем обзоре.

Альтернативные источники энергии — это… Краткая справка

Альтернативные источники энергии — это…

Альтернативная энергия — энергия, получаемая из таких устойчивых источников, как вода, солнечный свет, ветер, приливы-отливы и пр. Ее главное отличие от ископаемого топлива (угля, нефти, природного газа, урановой руды) в том, что данные источники возобновляемые — они никогда не истощаются. Отсюда выходит основная причина перехода на «зеленую» энергию — когда традиционные энергоносители будут исчерпаны, она обеспечит человечество жизненно необходимым электричеством. Еще один огромный плюс возобновляемых источников — их безопасность для человека и окружающей среды, практически полное отсутствие «побочных эффектов».

Главные причины перехода на альтернативную энергетику

Будь в курсе последних новостей мира
Оставайтесь в тренде - подпишитесь на наш канал в Telegram

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ

Ждем Вас!

Можно выделить сразу несколько оснований для обращения человечества к «зеленой» энергии:

  1. Глобально-экологические. Традиционные источники энергии (включая ядерные и термоядерные) оказывают пагубное воздействие на планету, что может привести к глобальной катастрофе в течение считанных десятилетий.
  2. Экономические. Цена на альтернативную энергию уже сегодня ниже стоимости традиционной. Та же тенденция наблюдается и по части окупаемости оборудования.
  3. Политические. То государство, которое первым на планете полностью перейдет на альтернативную энергетику, заслужит мировое первенство и право диктовать цены в данном сегменте.
  4. Социальные. Так как численность и плотность населения с каждым годом увеличивается, становится все труднее найти участки для строительства ГРЭС и АЭС, где это было бы рентабельным и безопасным.

Не нужно забывать и об эволюционно-исторической причине — развитие традиционной энергетики с этого угла оказывается тупиковым.

Какие альтернативные источники энергии бывают: 9 видов

Разберем самые популярные разновидности альтернативной энергетики на 2022 год.

Солнечная энергетика

Альтернативные источники энергии — Солнечная энергетика

Звезда-красный карлик Солнце — главный источник энергии для всего живого на Земле:

  • каждый год планета получает 173 ПВт (173 млн ГВт) солярной энергии;
  • обретенная энергия в 10 000 раз превышает глобальные потребности в ней.

Преобразовывать солнечный свет в электроэнергию возможно посредством фотоэлектрических модулей через работу полупроводников — главным образом, кремниевых. Такие солнечные батареи устанавливают как на крышах, так и на более обширных территориях. Необязательно, чтобы все время светило Солнце — коллекторы исправно вырабатывают электричество в пасмурную погоду, в дождь и снег.

Солярные батареи используются для трех главных целей:

  1. Отопление дома.
  2. Нагревание воды.
  3. Кондиционирование воздуха.

Чем дальше от экватора, тем больше угол, под которым устанавливается коллектор — для лучшей эффективности.

Энергия ветра

Энергия ветра

Использование потоков воздуха в качестве источников энергии — давняя традиция. Испокон веков ветряные мельницы:

  • применялись для помола муки;
  • использовались на лесопильных работах;
  • служили водоподъемными и насосными станциями.

Сегодня же человечество перешло к ветрогенераторам, способным превращать кинетическую энергию сильных ветров сперва в механическую энергию роторов, а уже затем — в электроэнергию. На 2022 ветроэнергетику считают одним из самых перспективных направлений альтернативной энергетики. Только за прошедшее двадцатилетие ее мощности возросли с 7,5 ГВт до 564 ГВт.

Энергия воды

Энергия воды

Вода — еще один древний источник возобновляемой энергии. Еще в эпоху фараонского Египта и могущественного Рима силу Н2О использовали, чтобы привести в движение мельницы и другие машины. Применение водяных мельниц унаследовали и Средние века, когда эти простые и надежные приспособления обеспечивали работу целлюлозно-бумажных фабрик, лесопилок.

В современности человечество перешло ко впечатляющим ГЭС (гидроэлектростанциям), способным генерировать электричество в более впечатляющих масштабах.

Энергия приливов и отливов

Энергия приливов и отливов

Непревзойденная красота приливов и отливов может оказаться и очень полезной, так как позволяет получать электроэнергию. Эти естественные природные процессы заставляют вращаться генератор, который и вырабатывает электричество. Иными словами, используется гидродинамическая энергия — разница температур + перепад давления. В данный момент источник находится в активной разработке, однако уже известно, что одно лишь европейское побережье способно генерировать 280 ТВт·ч / год такой альтернативной энергии (что составляет 50 % от потребления электричества той же Германией).

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия

Тепло «сердца» Земли также способно подарить людям электричество, ведь подземные озера и верхние слои поверхности нагреваются именно посредством геотермальной энергии. С экономической точки зрения это очень выгодный источник, так как он требует лишь разработку небольших скважин. Добыча геотермальной энергии широко распространена в регионах, где горячие источники максимально приближены к верхним слоям грунта.

Биоэнергетика

Биоэнергетика - Альтернативные источники энергии

Звание самого универсального альтернативного источника по праву принадлежит энергии биомассы — отходам как растительного, так и животного происхождения. Человечество научилось извлекать электричество и тепло, использовать в качестве топлива газообразную, жидкую и твердую биологическую массу от спирта до навоза.

Энергия осмотической диффузии

Энергия осмотической диффузии

Один из недавно открытых, однако вполне себе перспективных источников возобновляемой энергии: осмотические электрические станции строят в устьях рек с целью извлечения энергии из энтропии жидкостей во время взаимодействия пресной и соленой воды. Дело в том, что когда солевая концентрация выравнивается, заявляет о себе избыточное давление — оно-то и приводит во вращение лопасти турбин. Так как направление новое, осмотическая станция сегодня одна на всю планету — находится в Норвегии.

Гравитационная энергетика

Гравитационная энергетика

Как добывается электроэнергия в данном случае? Потенциальная энергия гравитационного поля Земли преобразуется в электричество. Сегодня разработка находится в стадии проектирования: гравитационная электростанция будет представлять из себя нечто, напоминающее подъемный кран со стрелами. Когда опускаются блоки, двигатели приводятся в действие. А когда в сети накапливается энергия, осуществляется подъем блоков.

Градиент-температурная (гидротермальная) энергия

Градиент-температурная (гидротермальная) энергия

Энергия вырабатывается за счет разности температур: способ пока что не самый распространенный, но уже привлекающей умеренной себестоимостью. Существующие градиент-температурные станции находятся на морских побережьях: как известно, Мировой океан поглощает порядка 70 % солярной энергии, достающейся Земле. Что все это значит?

Перепад температур между слоями холодной и нагретой воды представляет собой огромный и совершенно неисчерпаемый источник электроэнергии, оцениваемый в 20-40 тысяч ТВт (практически может быть использовано 4 ТВт).

… и еще 10 малоизвестных альтернативных источников энергии 

Мяч-зарядник Soccket

Помимо всем известных ветряков и солнечных панелей, люди научились извлекать энергию, кажется, из всего сущего:

  1. Турникеты в метро и на ж/д станциях. Многочисленные пассажиры наступают на установку — вырабатывается энергия.
  2. Умная тротуарная плитка. Генерирует электричество из кинетической энергии гуляющих пешеходов.
  3. «Лежачие полицейские», освещающие улицы. Принцип тот же, только на рампу воздействует вес проезжающих машин.
  4. Энергия вулкана. Электричество помогает вырабатывать пар, выделяющийся при испарении соленой воды.
  5. Мяч-зарядник. Достаточно 30 минут поиграть Soccket в футбол, как он будет способен питать собой лампу в вашем доме в течение нескольких часов. 
  6. Водоросли. Ученые выяснили, что 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, достаточно, чтобы получать 150 000 кубометров биогаза в год.
  7. Тепло человеческого тела. Такого источника вполне хватит, чтобы подзарядить фитнес-браслет или умные часы.
  8. Велосипед, подзаряжающий смартфоны и планшеты. Крутя педали Siva Cycle Atom, можно попутно подзарядить свои гаджеты.
  9. Сточные воды. Ученые уже выяснили, как создавать на основе жидких нечистот топливные элементы.
  10. Бумажная энергия. Гении из Sony установили, что производить энергию можно даже из мелко нарезанного гофрированного картона. 

… и все это — только начало! 

Плюсы и минусы альтернативных источников энергии

Среди основных преимуществ использования «зеленой энергетики»:

  1. Возобновляемые ресурсы. Если человечество полностью перейдет на альтернативную энергию, оно не столкнется с исчерпанием топлива.
  2. Экологическая безопасность. Нет выбросов в атмосферу и иного вреда окружающей среде.
  3. Доступная цена. В зависимости от климатических условий, особенностей ландшафта того или иного региона, всегда можно подобрать экономически выгодный вариант.
  4. Доступность. Источников альтернативной энергии немало, они широко распространены по планете. 
  5. Снижение себестоимости добычи возобновляемой энергии в будущем. Сегодня инвестирование в альтернативную энергию уже называется одним из самых оправданных.

Но не нужно закрывать глаза и на очевидные недостатки:

  1. Сравнительно высокая цена необходимого оборудования. Строительство тех же ветровых и солярных электростанций — весьма дорогой проект.
  2. Зависимость от климатических и погодных условий, географических особенностей, времени суток. К примеру, добыча солнечной энергии — не слишком оправданная затея для регионов с коротким световым днем.
  3. Невысокие мощности станций. Исключением пока можно назвать лишь ГЭС, чьи показатели вполне сравнимы с АЭС.

Нужно также понимать, что даже «зеленая» энергетика все равно оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Так, массовое использование биотоплива может привести к дефициту органических удобрений, а строительность плотин гидроэлектростанции разрушает биотопы рек. Будет оправданным отдельно выделить плюсы и минусы конкретных альтернативных источников. 

Солнечная энергия

Солнечная энергия

Плюсы:

  • генерация собственного электричества от собственной батареи;
  • снижение зависимости от электрической сети;
  • увеличение стоимости вашей недвижимости при условии наличия солярных батарей;
  • снижение цен солнечных панелей год от года;
  • можно использовать практически в любой точке мира — например, в России лучше всего подходят самые солнечные города Хабаровск и Улан-Удэ.

Минусы:

  • солярные батареи можно установить не на каждую крышу — к примеру, кедровая черепица и шифер не подходят;
  • солнечные панели малоэффективны в условиях короткого светового дня;
  • данная энергетика медленно окупается: снижение счетов за электричество не сразу покроет затраты на оборудование.

Гидроэнергетика

Плюсы:

  • надежный и стабильный источник электричества — в резервуарах всегда хранятся «про запас» большие объемы воды;
  • из-за этого факта ГЭС способны генерировать больше энергии по требованию — на случай, когда другие электростанции выйдут из строя.

Минусы:

  • постройка гидроэлектростанции очень затратна — плотина, турбины, водохранилище;
  • вред речной системе — от проблем с качеством воды до гибели местной флоры и фауны.

Ветроэнергетика

Плюсы:

  • по эффективности не уступает солнечной энергетике;
  • если сравнивать с пионерским 1980, стоимость ветрогенераторов уменьшилась на 80 %.

Минусы: 

  • ветер сложно назвать надежным источником энергии: так, при отсутствии мощных аккумуляторов в безветренную погоду можно и вовсе остаться без электричества;
  • установка ветряков рентабельна лишь в местностях, где постоянно дуют сильные ветра.

Энергия приливов и отливов

Плюсы: 

  • предсказуемость природного явления;
  • долгий срок службы приливных электростанций — вплоть до 100 лет!

Минусы: 

  • строительство приливных заграждений влияет и на соленость воды, и на прибрежный уровень океана;
  • производство энергии доступно не более 10 часов в сутки.

Волновая энергетика

Волновая энергетика

Плюсы:

  • волны предсказуемы, отчего всегда ясно, сколько энергии будет произведено;
  • по эффективности сравнимо с ветроэнергетикой;
  • привлекательное инвестирование с минимальными эксплуатационными расходами.

Минусы:

  • опасность для морской, океанской флоры и фауны;
  • использование только в городах, соседствующих с океанами.

Биоэнергетика

Плюсы:

  • символическая себестоимость;
  • источники не просто возобновимы, а безграничны.

Минусы:

  • нельзя назвать полностью экологичной, так как выбросы углекислого газа присутствуют;
  • сравнительно низкая энергоэффективность.

Гидротермальная энергетика

Гидротермальная энергетика

Плюсы:

  • низкие затраты на строительство и эксплуатацию;
  • высокая эффективность.

Минусы:

  • слабое развитие необходимых технологий;
  • дефицит мест, годящихся для постройки станций.

Геотермальная энергетика

Плюсы:

  • самое незначительное воздействие на окружающую среду;
  • самое инновационное направление из названных.

Минусы:

  • большие стартовые затраты: установка среднего масштаба геотермальных насосов обходится в $10-20 тысяч;
  • необходима обширная распределительная сеть.

Альтернативная энергетика в странах мира: успехи развития

Альтернативная энергетика в странах мира

Переход на возобновляемые источники энергии стал своеобразным трендом среди современных развитых государств. Так, согласно Парижскому соглашению, к 2030 целый ряд стран достигнет нулевого процента выброса углерода в атмосферу. На данный момент ситуация развивается следующим образом:

  • Австрия. В государстве полностью откажутся от традиционных источников энергии к 2030.
  • Великобритания. Стало известно, что 2020 стал самым экологичным для королевства со времен начала промышленной революции! Так, Англия 67 суток смогла обходиться без угля, а полностью отказаться от невозобновляемых источников электроэнергии планирует уже к 2025.
  • Евросоюз. ЕС развивает грандиозный проект Green Deal, главная цель которого — сформировать на территории Старого Света углеродно-нейтральное пространство уже к 2030. Для этого планируется сократить объемы выбросов парниковых газов на 40 % и увеличить долю возобновляемых источников энергии до 30 %. Чтобы достичь этого, требуется ежегодные вложения на сумму от 260 млрд евро.
  • Индия. С 2021 государство развивает возобновляемую энергетику за счет популяризации солнечных батарей и ветрогенераторов.
  • Испания. В стране активно развивается солярная энергетика — в два раза скорее, чем в Германии.
  • Китай. Всего 10 лет потребовалось этой стране, чтобы стать признанным лидером в поставках оборудования для альтернативной энергетики! КНР — крупнейших производитель солярных батарей: 7 из 10 компаний-изготовителей зарегистрированы тут. Китайское правительство объявило, что республика станет полностью углеродно-нейтральной к 2060.
  • Россия. Как показывают исследования, страна может получать из всей необходимой для ее нужд энергии: 10 % — от ветрогенераторов, 15 % — от солнечных батарей. В РФ не развита альтернативная энергетика ввиду доступности таких невозобновляемых источников, как нефть и газ. Тем не менее, первые шаги уже предпринимаются: запуск Центра альтернативной энергетики в Химках (2017), ветропарк в Мурманске (2019-2021), который планирует выйти на мощность в 200 МВт.
  • Саудовская Аравия. К 2030 году здесь будут получать 50 % электрической энергии из возобновляемых источников.
  • США. Джо Байден вернул Штаты в Парижское соглашение и объявил, что государство к 2050 будет использовать 100 % экологичную энергию. Этот же срок объявляют для себя Новая Зеландия, Южная Корея и Япония.
  • Шотландия. В 2020 году 97 % электричества здесь добыли из «зеленых» источников энергии — им удалось обеспечить 7 млн домохозяйств. Страна объявляет, что станет 100 % углеродно-нейтральной к 2030.

Как свидетельствует Bloomberg, среди мировых лидеров по инвестированию в альтернативную энергетику выделяются: КНР ($83,6 млрд). США ($49,3 млрд), Япония ($19,3 млрд), Великобритания ($16,2 млрд) и Нидерланды ($14,3 млрд). Перечисленные страны развивают не только солнечную и ветровую энергетику, но и заинтересованы в таких источниках, как биотопливо, биоэнергия, использование отходов, малая гидроэнергетика.

Важно выделить и успехи отдельных городов мира в переходе на альтернативную энергию. Так, согласно сведениям CDR, 100 из 570 мегаполисов уже получают 70 % электричества из возобновляемых источников:

  • Базель (Швейцария). Первый город списка, кто полностью живет на альтернативной энергетике: 90 % — ГЭС, 10 % — ветрогенераторы.
  • Берлин (Германия). В мегаполисе осуществляется эко-план Masterplan Solarcity, согласно которому он станет климатически нейтральным к 2050 — главным образом, за счет солярной энергетики.
  • Берлингтон (США). Город на 100 % экологичен — энергию дарит Солнце, ветер, вода и биомасса.
  • Рейкьявик (Ирландия). Вся электроэнергия столицы получена от ГЭС и геотермальных источников. К 2040 весь местный транспорт будет работать на эко-топливе.

В плане «зеленой» энергетики самыми экологичными считаются города: Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота.

Как крупнейшие компании мира развивают альтернативную энергетику?

Как крупнейшие компании мира развивают альтернативную энергетику

Все больше и больше корпораций становятся экологически осознанными — они не только объявляют себя ответственными за состояние окружающей среды, но и подают пример клиентам и последователям:

  • Apple. Компания не раз объявляла о своих амбициозных планах стать 100 % углеродно-нейтральной. «Эппл» инвестирует в «солнечные фермы», переводит свои офисы, точки продаж и центры обработки данных на возобновляемую энергетику.
  • BASF. Химический концерн активно вкладывается в возведение ветропарков и развитие иных возобновляемых источников энергии.
  • Facebook. Серверы соцсети будут питаться от солнечной энергии.
  • General Motors. Компания также переводит свои серверные центры на питание от солярных батарей.
  • IKEA. Корпорация запланировала сделать генераторы альтернативной энергии доступными для широких масс населения: так, покупателям из 14 государств в гипермаркетах ИКЕЯ предлагается 920 000 солнечных батарей и 530 ветрогенераторов. А дочернее предприятие шведского гиганта Ingka ежегодно вкладывается в проекты по строительству солнечных станций и ветропарков. Сумма инвестиций уже превысила $2,8 млрд.
  • Intel. Огромная компания питается от силы Солнца, воды, ветра и биомассы. Известно, что подразделения «Интел» в Соединенных Штатах и Евросоюзе используют 100 % «зеленую» электроэнергию.
  • Microsoft. Согласно отчетам, разработка ПО, производство и деятельность центров обработки данных происходит за счет 1,3 млрд. кВт·ч альтернативной энергии. Также «Майкрософт» заверяет общественность, что к 2030 уменьшит выбросы парниковых газов на 75 %.

Гиганты успели осознать, что переход на зеленую энергетику не только помогает в формировании положительного имиджа, но и позволяет ощутимо сократить затраты на электричество.

Книги по альтернативной энергетике: топ-10

Книга «Альтернативные энергоносители», М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина

Чтобы изучить «зеленую» энергетику во всех подробностях, можно обратить внимание на полезную научную литературу:

  1. «Альтернативные энергоносители», М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина.
  2. «Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии», С. Уделл.
  3. «Альтернативные источники энергии в проектировании зданий», П. Геворкян.
  4. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии», Л.М. Четошникова.
  5. «Неисчерпаемая энергия», В.С. Кривцов, А.М. Олейникова, А.И. Яковлев.
  6. «Самое удивительное ископаемое», И.А. Филипповский.
  7. «Энергетические установки без топлива», В. Левенберг.
  8. «Вечный двигатель — прежде и теперь», В.М. Бродянский.
  9. «Энергия океана», Н.В. Вершинский.
  10. «Что делать со сточными водами», И.Б. Палеес.

Также интересующимся темой будут интересны издания: «Управление погодой» Л. Дж. Баттана, «Термоэлектрические генераторы» А.С. Бернштейна, «Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением» С. Танака, Р. Суда Книга.

Интересные и полезные фильмы об альтернативной энергии

Среди познавательных документальных роликов по теме:

Также можно обратить внимание и на такие сюжеты: «Что не так с АЛЬТЕРНАТИВНОЙ энергией? | Дмитрий Побединский», «Альтернативная энергетика своими руками», «Скрываемые знания. Альтернативная энергетика», «Альтернативная энергетика дома на самом деле...»

Заключение

Редакция https://lindeal.com, изучив массу источников, вынуждена признать, что Земля уже вступила в эпоху тяжелого экологического и климатического кризиса. Остановить разрушение планеты и гибель будущих поколений поможет, в том числе, глобальный переход на альтернативную энергетику, способную заменить собой привычную нефть, газ и уголь. Солнечные батареи, ветрогенераторы, биотопливо из отходов — это уже привычная реальность для многих стран. Можно назвать города и компании, полностью перешедшие на «зеленую» энергию. Но при сознательных решениях бизнеса и мировых правительств нас ждет еще более грандиозное будущее — полный отказ от традиционных источников электроэнергии.