Что такое альтернативные источники энергии? И почему они называются альтернативными? Так ли всё безоблачно на горизонте владельцев чудо-оборудования, способного дарить бесплатную энергию?
Целая череда вопросов, связанная с использованием альтернативных энергетических технологий, всё чаще возникает у простого обывателя, задумывающегося об отказе от традиционных источников энергии. Ведь, казалось бы, как это здорово — полностью перейти на неиссякаемый природный ресурс и забыть о выхлопах бензина под окном, бесконечных счетах и зависимости от тысячи и одной компаний, присылающих эти счета! Однако в любом серьёзном деле существуют свои подводные камни, и хорошо бы выявить их заранее, до того, как отправиться в плаванье.
Альтернативные источники — что это такое?
Альтернативными источниками энергии принято называть способы получения тепла и электричества при помощи неиссякаемых природных ресурсов — солнечных лучей, ветра и прочих даров природы. Одним из наиболее распространённых способов использования природной энергии являются солнечные батареи, пополняющие свой заряд от попавших на них лучей. Предприимчивые представители человеческой расы научились встраивать такие батареи не только в электроприборы, но и в черепицу, фонтаны, портативные зарядные устройства, крыши автомобилей, дорожное покрытие и даже летательные аппараты.
Альтернативными источниками энергии принято называть способы получения тепла и электричества при помощи неиссякаемых природных ресурсов
Использование альтернативных источников энергии не ограничивается солнечными лучами: в самых отдалённых уголках земли, куда невозможно протянуть провода, роль электростанций всё чаще берут на себя ветряки, превращающие порывы ветра в электрическую энергию. Активно используется волновая и приливная энергетика (преобразование силы морских волн и приливов рек и озёр), градиент-температурная (на основе разности температур) и биомассовая (на основе распада продуктов жизнедеятельности).
Такие источники обладают рядом преимуществ в сравнении с традиционными способами производства энергии:
▪ экологичность ― при использовании оборудования отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ, загрязняющих окружающую среду;
▪ бесшумность (данный пункт не относится к варианту с ветряками);
▪ возможность установки в удалённых точках планеты, не оснащённых линиями электропередач;
Почему их так мало?
Да, действительно ― если альтернативные источники энергии настолько хороши, почему они всё ещё не используются повсеместно? Вот и пришло время вернуться к «подводным камням: к сожалению, и такие, казалось бы, универсальные устройства как ветряки и солнечные батареи имеют свои недостатки.
Зависимость от погодных условий
Первостепенным требованием к источнику энергии является, конечно же, надёжность и постоянство. И именно эти два качества представляет собой слабые места в работе альтернативных технологий. Устанавливая на крыше солнечные батареи, предназначенные для снабжения электроэнергией целого дома, владелец, по сути, отдаётся на милость природы: если погода будет солнечная ― в доме будет электричество. Если выдастся череда пасмурных дней, семья рискует остаться без телевизора и холодильника.
Также выработка энергии значительно снижается ночью. Эти особенности делают солнечные батареи удачным решением в странах с тёплым климатом, где солнце светит ярко двенадцать месяцев в году, а ветряки ― в краях, где преобладает ветреная погода. Например, затея с ветряками оправдает себя, если среднегодовая скорость ветра в данной местности превышает 4—4,5 м/с.
В случаях же с волновыми и приливными электростанциями приходится в прямом смысле ждать «у моря погоды», и располагать оборудование в непосредственной близости к берегу.
Наряду с преимуществами альтернативной энергетики, существенным её недостатком является сравнительно низкий уровень выработки энергии.
Например, для обеспечения дома электричеством в объёме 200-300 ВТ требуется площадь батарей не менее 20 м².
Такой низкий КПД не позволяет пока превратить солнечные батареи в основной источник питания автомобиля, оставляя за ними роль всего лишь дополнительного средства снабжения двигателя энергией. Да и в вечернее время на таком транспорте далеко не уедешь.
В случаях с волновой и приливной энергетикой низкая эффективность непосредственно связана с той же зависимостью от погодных условий: приливы в океане и на море бывают лишь дважды в сутки.
Оформление бесконечных бумаг и разрешений — это то, чего пытается избежать каждый владелец частной электростанции, вкладывающий немалые средства в собственный проект. Однако решения установить личную электростанцию и покупки необходимого оборудования ещё недостаточно для того, чтобы начать беспрепятственно пользоваться дарами природы.
Во избежание длительных судов и разочарований, перед началом работ необходимо получить разрешение местных властей на постройку, ознакомиться с перечнем условий и требований, таких как максимально дозволенная высота ветряка, необходимость получить согласие соседей и т.д. Процесс оформления бумаг требует дополнительных финансовых и временных затрат.
Подобные недостатки относятся, конечно же, далеко не к каждому виду альтернативных источников энергии, но в отдельно взятых случаях они имеют место быть, и игнорировать их нельзя.
Шум — один из существенных недостатков ветряных электростанций. Сила шумового эффекта на расстоянии 20 метров составляет в среднем 34—45 дБ. Ближе — громче. Радость обладания собственной электростанцией будет омрачена непрерывным шумом, доносящимся из окон, да и соседи вряд ли оценят новинку. Поэтому располагать ветряки следует в удалении от жилья.
Кроме прочего, не относящегося к шуму, птицы любят парить в воздушных потоках на гребнях высот, а операторы ветроэлектростанций — ставить там ветряные турбины, отчего огромное количество птиц и летучих мышей погибает. Есть ли способы решения проблемы? Отчасти — да. Превентивное отключение турбин в периоды интенсивных перелётов. Но чтобы полностью ликвидировать данную проблему, нужно разработать активные технологии отпугивания — пока находящиеся в зачаточном состоянии, что в свою очередь изменит не только маршруты, но и ареал многих видов, особенно крупных хищников.
Запах — неотъемлемая часть биомассовой энергетики, основанной на разложении навоза, отмерших растений и других видов биомасс. Несмотря на использование герметических контейнеров, запах на такой электростанции присутствует всегда, поэтому биомассовые источники энергии используются исключительно для обслуживания коровников и фермерских хозяйств, превращая рабочий процесс в безотходное производство.
Дороговизна оснащения и обслуживания
Несмотря на то, что использование природных ресурсов позволяет сэкономить значительные суммы на выработке энергии, производство самого оборудования — процесс достаточно трудоёмкий и очень недешёвый. Главной составляющей солнечных батарей является фотоэлемент, разработанный на основе кремния. И хотя сам по себе кремний не представляет особой ценности, его очищение и преобразование обходится дорого.
Установка ветряных электростанций также требует серьёзных вложений, и сумма в значительной мере зависит от внешних условий. В роли дополнительны статей расходов выступают вынужденное увеличение высоты ветряков из-за присутствия рядом холмов или высоких деревьев, приобретение специального оборудования, позволяющего накапливать электроэнергию и использовать её максимально экономно.
Недёшево обойдётся и техническое обслуживание альтернативных источников энергии — плановый осмотр, ремонт и корректировка положения в зависимости от времени года.
Учитывая все предполагаемые расходы, использование альтернативного источника энергии в частных владениях нередко оказывается нерентабельным и представляет экономическую выгоду лишь для крупных предприятий.
Прогресс не стоит на месте — уже изобретены полимерные солнечные батареи, производство которых стоит в разы дешевле
Но это отнюдь не значит, что владельцам домов следует отказаться от идеи использования альтернативных источников энергии. Ведь прогресс не стоит на месте — уже изобретены полимерные солнечные батареи, производство которых стоит в разы дешевле, чем изготовление традиционных кремниевых.
А появление на рынке новых, более экономичных, моделей генераторов и дополнительного оборудования, изменение тарифов на электроэнергию даёт повод думать, что уже в недалёком будущем данная практика всё же получит всеобщее признание.
Для получения любого вида энергии необходим определенный источник. Как известно, существуют традиционные и нетрадиционные источники энергии, то есть альтернативные.
Традиционными источниками энергии являются нефть, уголь, природный газ. Запасы данных источников энергии исчерпаемы, подлежат длительному восстановлению, а также отрицательно отражаются на экологическом состоянии планеты. Поэтому, большинством стран мира в качестве основного направления развития энергетики определено производство энергии с помощью альтернативных источников энергии. Альтернативные источники энергии относятся к возобновляемым ресурсам, они более экологичны и экономичны.
Основная классификация альтернативных источников энергии
| № п/п | Вид альтернативного источника энергии | Способ применения |
| 1 | Энергия солнечного излучения | Фотоэлектрическая панель (ФЭП) |
Солнечная электростанция (СЭС)
Ветряная электростанция (ВЭС)
Энергия электромагнитного солнечного излучения
Она может использоваться для выработки как электроэнергии, как и тепловой энергии. Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию производится как путем прямого преобразования за счет явления внутреннего фотоэффекта на фотоэлектрических панелях, так и косвенно с использованием термодинамических методов (получение пара с высоким давлением).
Солнечная электростанция
Получение тепловой энергии из солнечной производится за счет поглощения данной энергии и дальнейшего нагрева поверхности и теплоносителя, как специальными коллекторами, так и при помощи использования приемов «солнечной архитектуры».
Совокупность установок для преобразования энергии Солнца составляет солнечную электростанцию.
Кинетическая энергия ветра
Она служит для преобразования в механическую, тепловую, а также, чаще всего, в электроэнергию. Чтобы получить механическую энергию из кинетической энергии воздушных масс применяют элементарные ветряные мельницы. Однако, для дальнейшего преобразования полученной механической энергии необходимо использование ветрогенератора.
Ветрогенератор позволяет преобразовать механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию. Существует возможность накопления полученной электроэнергии при помощи аккумуляторных батарей и использования только при необходимости. Такая установка будет называться ветроэнергетической, или ветроустановкой. Совокупность нескольких ветроустановок будет называться ветряной электростанцией.
Гидроэнергия
Гидроэнергия представляет собой солнечную энергию, преобразованную в потенциальную энергию, накопленную в плотине или водохранилище естественных и искусственных водоемов. Гидроэнергию можно преобразовывать в механическую либо электроэнергию с помощью гидротурбин. Данные установки называют гидроэлектростанциями (ГЭС).
Энергия приливов и отливов
Преобразование энергии приливов и отливов в электроэнергию производится на приливных электрических станциях двумя способами:
- Первый способ по принципу преобразования энергии аналогичен преобразованию энергии на гидроэлектростанции путем вращения турбины, связанной с электрогенератором;
- При втором способе используется энергия движения воды; данный способ основан на перепаде уровня воды при приливах и отливах.
Энергия волн
Энергия волн используется для получения механической и электрической энергии. Преобразование происходит на специальных волновых электростанциях, принцип работы которых основан на оказании воздействия волн на следующие применяемые устройства: поплавки, маятники, лопасти. Перемещение данных устройств образует механическую энергию, которая далее при помощи электрогенератора преобразуется в электроэнергию.
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.
Биоэнергия
Биоэнергию производят из разных видов биологического сырья, которое получается после переработки биоотходов. Из твердых (щепа, пеллеты, древесина, солома), жидких (биоэтанол, биометанол, биодизель) и газообразных (биогаз, биоводород) видов биологического топлива путем термохимических (пиролиз, сжигание), физико-химических (биоконверсия), либо биохимических (анаэробное брожение биомассы) методов преобразования получают тепловую или электрическую энергию.
Преимущества и недостатки альтернативных источников энергии следует рассматривать в индивидуальном порядке, однако выделим несколько общих плюсов и минусов, характерных для всех источников.
Плюсы использования альтернативных источников энергии
- Возобновляемость
- Экологический аспект.
- Широкое распространение, доступность.
- Низкая себестоимость производства энергии в обозримом будущем.
Минусы применения альтернативных источников энергии
- Непостоянство, зависимость от погодных условий и времени суток.
- Невысокий коэффициент полезного действия (за исключение водных источников энергии).
- Высокая стоимость
- Недостаточная единичная мощность установок.
Солнечные батареи. Для чего не стоит покупать. Мифы и реальность ч 1. (none 2019).
Есть много причин, по которым мир ищет альтернативные источники энергии, чтобы уменьшить загрязняющие вещества и парниковые газы. Альтернативные или возобновляемые источники энергии показывают значительные перспективы в сокращении количества токсинов, являющихся побочными продуктами использования энергии, и помогают сохранить многие природные ресурсы, которые мы в настоящее время используем в качестве источников энергии.
Чтобы понять, как использование альтернативной энергии может помочь сохранить нежный экологический баланс планеты и помочь нам сохранить невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемые виды топлива, важно знать, какой тип альтернативной энергии существует.
Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных источников.
1. Энергия ветра
Энергия ветра использует силу ветра, чтобы продвигать лопасти ветряных турбин. Вращение лопаток турбины преобразуется в электрический ток с помощью электрического генератора. В старых ветряных мельницах энергия ветра использовалась для превращения механического оборудования в физическую работу, например, измельчение зерна или перекачивание воды. Ветровые башни обычно строятся на ветровых электростанциях.
Теперь электрические токи запрягаются крупными ветровыми электростанциями, которые используются национальными электрическими сетями, а также небольшими индивидуальными турбинами, используемыми для обеспечения электричества в изолированных местах или в отдельных домах. В 2005 году мировая мощность ветрогенераторов составляла 58 982 мегаватт, а их производство составляло менее 1 процента мирового потребления электроэнергии.
- Ветровая энергия не производит загрязнения, которое может загрязнять окружающую среду. Поскольку никаких химических процессов не происходит, как при сжигании ископаемого топлива, вредных побочных продуктов не осталось.
- Поскольку ветрогенерация является возобновляемым источником энергии, мы никогда не закончим ее.
- Сельское хозяйство и выпас скота все еще могут иметь место на земле, занятой ветряными турбинами, которая может помочь в производстве биотоплива.
- Ветровые фермы могут быть построены за пределами берега.
The Cons
- Энергия ветра прерывистая. Для непрерывной выработки электроэнергии необходим постоянный ветер. Если скорость ветра уменьшается, задерживается турбина и меньше электричества.
- Большие ветряные фермы могут негативно повлиять на пейзаж.
2. Солнечная энергия
Солнечная энергия используется обычно для отопления, приготовления пищи, производства электроэнергии и даже для опреснения морской воды. Солнечная энергия работает, захватывая солнечные лучи в солнечные батареи, где этот солнечный свет затем преобразуется в электричество. Кроме того, солнечная энергия использует солнечный свет, который поражает солнечные тепловые панели, чтобы преобразовать солнечный свет, чтобы нагреть воду или воздух. Другие методы включают использование солнечного света, который поражает параболические зеркала, чтобы нагреть воду (создавая пар) или просто открывая жалюзи в комнатах или оттенки окна, чтобы позволить солнечному свету пассивно нагревать комнату.
The Pros
- Солнечная энергия — это возобновляемый ресурс. Пока Солнце существует, его энергия достигнет Земли.
- Выработка солнечной энергии не приводит к загрязнению водой или воздухом, поскольку отсутствует химическая реакция от сжигания топлива.
- Солнечная энергия может использоваться очень эффективно для практических целей, таких как отопление и освещение.
- Преимущества солнечной энергии часто видны для обогрева бассейнов, курортов и резервуаров для воды во всем мире.
The Cons
- Солнечная энергия не производит энергию, если солнце не светит. Ночные и облачные дни серьезно ограничивают количество произведенной энергии.
- Солнечные электростанции могут быть очень дорогими для сборки.
3. Геотермальная энергия
Геотермальная буквально означает «земное тепло». Геотермальная энергия использует тепловую энергию, находящуюся под Землей. Горячие камни под землей нагревают воду для производства пара. Когда отверстия пробурены в области, пар, который стреляет вверх, очищается и используется для привода турбин, которые питают электрические генераторы.
Плюсы
- Если все сделано правильно, геотермальная энергия не производит вредных побочных продуктов.
- Как только построено геотермальное растение, оно, как правило, самодостаточно энергично.
- Геотермальные электростанции, как правило, небольшие и мало влияют на природный ландшафт.
The Cons
- Если сделано неправильно, геотермальная энергия может производить загрязняющие вещества.
- Неправильное сверление в землю может выделять опасные минералы и газы.
- Геотермальные объекты подвержены испарению.
4. Гидроэнергетическая энергия
Гидроэнергетика исходит из потенциальной энергии воды с водой, управляющей гидротурбиной и генератором.
Другим вариантом является использование кинетической энергии воды или неподготовленных источников, таких как приливная сила. Гидроэнергетика работает за счет использования гравитационного спуска реки, которая с давних пор сжимается в одном месте с плотиной или дном. Это создает место, где концентрированное давление и поток воды могут использоваться для вращения турбин или водяных колес для привода электрического генератора. Электрические генераторы, работающие от гидроэлектроэнергии, могут работать в обратном направлении в качестве двигателя, чтобы откачивать воду для последующего использования.
