Что такое альтернативная энергетика, ее основные виды и сферы применения

Как сэкономить на внедрении “зеленой энергетики”?

Проанализировав финансовую составляющую альтернативных видов отопления, можно прийти к неутешительному выводу – потребуются значительные средства на первоначальном этапе.

Вот спустя 3-7 лет, в зависимости от выбранного способа отопления, станет заметна существенная экономия благодаря энергонезависимой системе.

Выгодно и удобно использовать комбинированные источник альтернативного отопления. Для этого можно подобрать наиболее оптимальную комбинацию для своего дома

Сэкономить на использовании и установке альтернативных установок для выработки тепла можно. Многие домашние мастера с большим энтузиазмом подходят к созданию своими руками аналогов фабричным приборам преобразования альтернативной энергии.

Так, достаточно просто и недорого можно собрать гелиоустановку из шланга, которая послужит дополнительным источником нагрева воды.

Успешно собираются в домашних условиях небольшие ветряки из подручных средств. Также начитанные фермеры, проживающие в сельской местности, сооружают установки по преобразованию биологических отходов растительного и животного происхождения в биогаз.

Самодельные ветрогенераторы вполне работоспособны. Но для их сборки потребуется произвести предварительные расчеты, приобрести расходные материалы, потратить свое время

В дальнейшем он используется для потребностей хозяйства. В зависимости от размера резервуара для сбраживания отходов и площади частного дома, возможно полностью обеспечить хозяйство биогазом для удовлетворения всех нужд.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Зеленая экономика

Как государству продвигать экологическую повестку

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика

Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и . Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии

(Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

First Solar Inc. [NASDAQ: FSLR]

• Цена акции: $49.23
• Рыночная капитализация: $5,133 млрд
• Доходность с начала года: -31,25%
• Коэффициент P/E: 24,11
• Прибыль на акцию: 2,07
• Дивидендный доход: отсутствует

Frist Solar – международная альтернативно-энергетическая компания, специализирующаяся на солнечной энергии. Она производит солнечные модули для промышленных объектов и разрабатывает полные гелиоэнергетические проекты для коммунальных, энергетических предприятий и коммерческих организаций. Кроме того, First Solar самостоятельно строит и обслуживает свои системы по добыче солнечной энергии.

First Solar также известна тем, что создаёт недорогие солнечные преобразователи, которые делают электроэнергию более эффективной для производства. Руководство поставило перед собой задачу по наращиванию энергетической эффективности компании в три раза.

После максимумов чуть ниже $70 в конце апреля акции снизились до отметки $49,15, в соответствии с падающим спросом и ценами на солнечные батареи. Эти активы подходят для инвесторов, которые доверяют более широкому тренду и считают, что солнечная энергия может естественным образом оказывать конкурентное давление на традиционные энергетические компании.

Традиционная энергетика

К традиционной энергетике относят угольные и газовые тепловые электростанции, а также ТЭЦ, работающие на мазуте. С точки зрения экологии наибольшие нарекания вызывает сжигание угля и мазута. В результате этого в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, окиси серы и золы. Увеличение содержания углекислоты в атмосфере, по мнению некоторых учёных, может привести к нежелательному изменению климата планеты. Окись серы вызывает кислотные дожди, зола может сильно загрязнять среду в регионе расположения электростанции. Сжигание газа загрязняет атмосферу во всех отношениях в меньшей степени и пока даёт самую дешёвую традиционную энергию, но разведанные запасы газа в отличие от угля весьма ограничены. При существующем уровне добычи известных запасов хватит на 50-60 лет. Сегодня традиционная энергетика является основным источником энергии для человечества.

Ядерная энергетика, которую иногда относят к традиционной, имеет существенные отличия. Во-первых, перспективы исчерпания запасов топлива, с учётом технологий наработки нового топлива в реакторах, гораздо более отдалённы. Во- вторых, она не загрязняет атмосферу ни углекислым газом, ни окисью серы. В-третьих, топливо ядерной энергетики не является ценным сырьём для других отраслей промышленности.

Основными достоинствами традиционной и ядерной энергетики являются стабильность выработки энергии и относительная свобода размещения (не локальность). Транспортировка ядерного топлива не вызывает существенных издержек, по трубопроводам газ и нефть можно относительно дёшево перемещать на большие расстояния, рентабельность угольных станций от размещения зависит более существенно, но не драматично.

Альтернативные источники энергии для частного дома

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

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

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

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

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

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

Узнайте также, что такое Экосистема.

Солнечная энергетика в России

В марте 2021 года в России заработал закон о микрогенерации, благодаря которому у компаний и частных лиц появилась возможность продавать энергию во внешнюю сеть. Это значит, что домохозяйства, а также малые и средние предприятия, владеющие объектами микрогенерации, смогут поставлять избыточную электроэнергию в сеть — например, днем, когда потребление электроэнергии домохозяйством является низким, а выработка от домашней микро-СЭС — высокой. При этом выдача генерирующей мощности в сеть будет ограничена 15 кВт.

Зеленая экономика

Солнечные панели как шаг к энергетической демократии

Но даже без этого темпы роста количества солнечных станций в России набирают обороты, особенно среди владельцев промышленных и коммерческих объектов. Во многих регионах РФ стоимость солнечной энергии уже ниже стоимости энергии из сети, а сроки окупаемости станций для предприятий снизились до пяти лет.

Татьяна Ланьшина, к.э.н., генеральный директор ассоциации «Цель номер семь», старший научный сотрудник РАНХиГС:

«Производство солнечной электроэнергии стало коммерчески целесообразным для многих небольших компаний, особенно в южных регионах страны. Малый и средний бизнес платит за электроэнергию больше всех — например, в Краснодарском крае тариф для МСП может достигать ₽11 за 1 кВт·ч. При этом стоимость производства электричества за счет энергии солнца в Краснодарском крае может составлять от ₽4,5 за 1 кВт·ч».

Самые крупные СЭС России — Старомарьевская СЭС в Ставропольском крае мощностью 100 МВт, Фунтовская СЭС мощностью 75 МВТ в Астраханской области, Самарская СЭС мощностью 75 МВт.

Как следует из недавно опубликованного исследования, перспективными регионами для развития солнечной энергетики могут стать Амурская область, Еврейская автономная область, Забайкальский край, Приморский край, Республика Алтай, Республика Бурятия, Республика Дагестан, Республика Тыва. В этих регионах солнечная генерация может обойтись менее чем в ₽4 за 1 кВт·ч. Интересно, что солнечных дней в некоторых городах Дальнего Востока, например, в Хабаровске, больше, чем в Сочи.

Перспективы развития альтернативных источников энергии в России

Использование нетрадиционных источников энергии в России развито плохо, по сравнению со многими странами находится на низком уровне. Сложившееся положение объясняется обилием и доступностью ископаемых энергоносителей. Однако понимание малой продуктивности данной позиции и взгляд в будущее, обязывает правительство все больше заниматься данной проблемой.

Наметились позитивные тенденции. В Белгородской области успешно работает и планируется к расширению массив солнечных батарей. Планируются работы по внедрению биоэнергетики. В различных регионах запускаются ветряные электростанции. На Камчатке успешно используется энергия геотермальных источников.

Доля нетрадиционных источников энергии в общем энергобалансе страны, оценивается очень приблизительно и составляет около 4%, но имеет теоретически неисчерпаемые возможности развития.

Солнечные паруса

В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.

LightSail 2 во время развертывания

(Фото: The Planetary Society)

Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.

Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.

Зеленая экономика

Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

Физика для средней школы

Внутренняя энергия тел

Согласно MKT все вещества состоят из частиц, которые находятся в непрерывном тепловом движении и взаимодействуют друг с другом. Поэтому, даже если тело неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно обладает энергией (внутренней энергией), представляющей собой суммарную энергию движения и взаимодействия микрочастиц, составляющих тело.

В состав внутренней энергии входят:

1. кинетическая энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул;
2. потенциальная энергия взаимодействия атомов и молекул;
3. внутриатомная и внутриядерная энергии.

В термодинамике рассматриваются процессы при температурах, при которых не возбуждается колебательное движение атомов в молекулах, т.е. при температурах, не превышающих 1000 К. В этих процессах изменяются только первые две составляющие внутренней энергии. Поэтому под внутренней энергией в термодинамике понимают сумму кинетической энергии всех молекул и атомов тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия тела определяет его тепловое состояние и изменяется при переходе из одного состояния в другое. В данном состоянии тело обладает вполне определенной внутренней энергией, не зависящей от того, в результате какого процесса оно перешло в данное состояние. Поэтому внутреннюю энергию очень часто называют функцией состояния тела.

Рассчитать внутреннюю энергию можно только для идеального газа.

Так как в идеальном газе молекулы не взаимодействуют между собой, то потенциальная энергия их равна нулю и внутренняя энергия идеального газа представляет собой кинетическую энергию всех его молекул.

Средняя кинетическая энергия молекулы

Число молекул в газе

Следовательно, внутренняя энергия идеального газа

Учитывая, что — универсальная газовая постоянная, имеем

— внутренняя энергия идеального газа. (1)

В частности, для одноатомного газа

Из этих формул видно, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и числа молекул и не зависит ни от объема, ни от давления. Поэтому изменение внутренней энергии идеального газа определяется только изменением его температуры и не зависит от характера процесса, в котором газ переходит из одного состояния в другое:

где

Молекулы реальных газов взаимодействуют между собой и поэтому обладают потенциальной энергией , которая зависит от расстояния между молекулами и, следовательно, от занимаемого газом объема.

Таким образом, внутренняя энергия реального газа зависит от его температуры, объема и структуры молекул.

Для решения практических вопросов существенную роль играет не сама внутренняя энергия, а ее изменение Изменение же внутренней энергии рассчитывают, исходя из законов сохранения энергии.

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Назначение альтернативных источников энергии

Являясь целиком возобновляемым ресурсом или явлением, альтернативный источник энергии полностью заменяет собой традиционный, работающий на угле, природном газе или нефти. Различные источники энергии человечество использует давно, но возросшая масштабность их применения наносит невосполнимый урон окружающей среде. Ведет к выбросам в атмосферу большого количества углекислого газа. Провоцирует парниковый эффект и способствует глобальному повышению температуры, глобальному потеплению. Мечтая о практически неисчерпаемом или полностью возобновляемом энергоресурсе, люди заняты поиском перспективных способов получения, использования и последующей передачи энергии

Конечно, беря во внимание экологический аспект и экономичность новых, нетрадиционных источников

Геотермальная энергия или энергия тепла Земли

Она может использоваться по прямому назначению, либо для получения электроэнергии. Преобразование энергии происходит на геотермальных станциях – ГеоТЭС.

Источники геотермальной энергии могут быть высоко- и низкопотенциальными. К высокопотенциальным источникам относятся гидротермальные ресурсы (термальная вода). Их применяют для отопления помещений.

Низкопотенциальные источники энергии, в свою очередь, бывают естественными (воздух атмосферы, грунтовая вода, сам грунт) и искусственными (вентиляционный воздух помещения, отработанные воздух, вода или тепло). Данные источники применяют для кондиционирования, теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Возобновляемые источники энергии

Население Земливоды

Гидроэлектростанции

Энергию воды используют на протяжении многих веков. Вода вращала водяные колеса, использовавшиеся для разных целей. В наши дни построены огромные плотины и водохранилища, и вода применяется для выработки электроэнергии. Течение реки вращает колеса турбин, превращая энергию воды в электроэнергию. Турбина связана с генератором, который вырабатывает электроэнергию.

Энергия ветра

Энергия ветра используется человеком уже не первое тысячелетие. Ветер надувал паруса и вращал мельницы. Для использования энергии ветра создавались самые разнообразные устройства, предназначенные для выработки электроэнергии и для других целей. Ветер вращает лопасти ветряка, приводящие в действие вал турбины, связанной с электрогенератором.

Атомная энергия

атомовуранэлементживые организмыатмосферу

Аварии ядерных реакторов и выбросы радиоактивных веществ в атмосферу представляют собой большую опасность. Авария на ядерной электростанции в Чернобыле (Украина), случившаяся в 1986 г., повлекла за собой гибель многих людей и заражение огромной территории. Радиоактивные отходы угрожают всему живому в течение тысячелетий. Обычно их хоронят ни дне морей, но нередки и случаи захоронения отходов глубоко под землей.

Другие возобновляемые источники энергии

В будущем люди смогут использовать множество различных естественных источников энергии. Например, в вулканических районах разрабатывается технология использования геотермальной энергии (тепла земных недр). Другим источником энергии является биогаз, образующийся при гниении отходов. Он может применяться для отопления жилищ и нагревания воды. Уже созданы приливные электростанции. Поперек устьев рек (эстуариев) нередко возводят плотины. Особые турбины, приводимые в действие приливами и отливами, вырабатывают электроэнергию.

Как сделать ротор Савония:

Ротор Савония представляет собой механизм, применяемый крестьянами в Азии и Африке для подачи воды при ирригации. Чтобы самим сделать ротор, вам потребуются несколько чертежных кнопок, большая пластмассовая бутылка, крышка, две прокладки, стержень длиной 1 м и толщиной 5 мм и два металлических кольца.

Как это сделать:

1. Чтобы сделать лопасти, обрежьте бутылку сверху и разрежьте ее пополам вдоль.

2. С помощью чертежных кнопок прикрепите половинки бутылки к крышке

Соблюдайте осторожность при обращении с кнопками

3. Приклейте прокладки к крышке и воткните в нее стержень.

4. Приверните кольца к деревянному основанию и поставьте ваш ротор на ветру. Вставьте стержень в кольца и проверьте вращение ротора. Выбрав оптимальное положение половины бутылки, приклейте их к крышке прочным водоотталкивающим клеем.