Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Энергетика

Ископаемое топливо используется во всем мире, но у него есть существенные минусы: запасы не бесконечны, стоимость велика и постоянно растет, а при сжигании наносится огромный ущерб экологии. Для сбережения природных ресурсов активно разрабатываются разные виды возобновляемых источников энергии, которые есть на планете, могут пополняться без затрат и не приносят вреда окружающей среде.

Возобновляемые источники энергии — это

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Возобновляемая энергия (ВЭ) – ресурс, получаемый из природных источников, которые способы пополняться быстрее, чем их расходуют. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) можно смело назвать полной противоположностью ископаемому топливу, ведь оно является невозобновляемым: для формирования нефти, газа, угля потребуются миллионы лет.

Суть возобновляемых источников энергии заключается в следующем:

  • Имеют только естественное происхождение;
  • Выделяют минимальное количество парниковых газов (низкий углеродный след), либо параллельно поглощают их, не приводят к парниковому эффекту;
  • Считаются устойчивыми, так как пополняются со временем или вовсе остаются неизменными, не расходуются;
  • Могут использоваться бесконечно долго, но порой в ограниченном объеме или с определенной периодичностью;
  • В большинстве случаев не дают побочных продуктов;
  • Экономичны, требуют небольших затрат, при этом создают много рабочих мест.

Другое название возобновляемой энергетики – альтернативная. Тем не менее, альтернативные ресурсы несколько отличаются от возобновляемых: они являются менее устойчивыми, могут истощаться с течением времени, хоть тоже дают чистую, «зеленую» энергию и не приводят к загрязнению окружающей среды (примеры – энергия расщепления, водород). Переход от ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии имеет огромное значение в преодолении парникового эффекта и грядущего климатического кризиса.

Виды возобновляемых источников энергии

В зависимости от типа природных явлений выделяют несколько возобновляемых источников энергии. Это – ресурсы, которые можно преобразовать и использовать для получения электрической энергии, тепла, причем в чистом, «зеленом» виде:

  • Солнце;
  • Вода рек и океанов;
  • Тепло земли;
  • Ветер;
  • Биомасса (органические вещества).

Сейчас доля возобновляемых источников энергии в мире достигает около 18%. Они не могут истощиться, при этом способы заменить собой традиционные в большем процентном соотношении. Мощность производства энергии только от вновь установленных объектов составляет 200 ГВт, и это количество постоянно растет.

Солнечная энергия

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Солнце – основной источник жизни на планете, который дает около 173 млн ГВт возобновляемой солнечной энергии в год (в десять раз больше, чем нужно для обеспечения энергетической потребности всех жителей). Использовать солнечный ресурс можно даже в пасмурную погоду, при снегопаде. Он способен покрыть потребность в тепле, освещении, электричестве, охлаждении, топливе для разных сфер промышленности и частных домохозяйств.

Обеспеченность стран солнечным ресурсом разная, но баланс вполне может быть достигнут при энергетическом перераспределении.

На данный момент доля солнечной энергетики в общемировой составляет всего 3,7%, но благодаря развитию новых технологий она будет неуклонно расти. Стоимость солнечных панелей (фотоэлектрических модулей) сейчас сильно снизилась, и они стали доступными многим. Панели особенно популярны в Испании, Германии, США. Крупнейшая станция, где используется возобновляемая солнечная энергия, находится в пустыне Мохаве (Калифорния). Активнее всего этот ресурс применяют на отдаленных обитаемых островах, морских станциях, в фермерских хозяйствах.

Принцип действия модулей состоит в концентрировании и преобразовании солнечного света в электроэнергию посредством работы полупроводников на основе кремния. Установка панелей производится под нужным углом (чем севернее, тем больше должен быть угол наклона). Их срок эксплуатации достигает 30-ти лет, материал для производства может быть разным, как и основной оттенок. Постепенно люди отказываются от солнечных батарей с содержанием свинца и галлия в пользу тех, что не вредят экологии после утилизации.

Геотермальная энергия

Эффективный пример возобновляемых источников энергии – геотермальный ресурс. Он предполагает использование тепла, исходящего из самых недр Земли, для нужд отопления, выработки электричества по всей планете. Технология не является новой и применяется человеком уже около ста лет.

Геотермальная энергия является неисчерпаемой и легко возобновляемой, а получить ее можно путем бурения глубоких скважин.

Процесс таков:

  • Определяют местоположение гидротермального резервуара;
  • Производят бурение на нужную глубину (чем она больше, тем объемнее будет получаемый ресурс);
  • Осуществляют улучшение источника методом гидравлической стимуляции и получают усовершенствованную геотермальную систему.

Температурный градиент увеличивается по мере углубления скважины и составляет около 1-го градуса на каждые 36 метров. Тепло появляется на поверхности в форме горячей воды или пара. Особенно удачно энергетика использует возобновляемые геотермальные источники на стыке тектонических плит, где земная кора тонкая, и для получения тепла не требуется бурить очень глубокие скважины.

ГеоТЭС — установки (турбины), вырабатывающие электричество, могут быть разными:

  • С прямой схемой работы. Пар из недр Земли поднимается и начинает вращать турбину.
  • С непрямой схемой. Пар вначале очищается от газов, способствующих разрушению металлических труб, и только потом направляется к турбине.
  • Со смешанной схемой. Удаление газов из источника производится уже после кондиционирования воды.
  • С бинарной схемой. Поднятая на поверхность горячая вода нагревает другую жидкость (чаще изопентан), обладающую малой температурой кипения, а последняя уже приступает к раскручиванию турбин.

ГеоТЭС бинарного типа можно располагать даже там, где прямого доступа к геотермальной возобновляемой энергии нет. Системы могут функционировать 24 часа в сутки с равной интенсивностью, при этом на выработку электричества они тратят намного меньше энергии, чем получают. Лидерство по количеству разных ТЭС, работающих с ресурсами недр Земли, удерживают Новая Зеландия и США.

Ветроэнергетика

Ветер – неисчерпаемая энергия, которая была и остается одной из самых эффективных и малозатратных при получении. Ветряные мельницы издавна применялись для лесопильных работ, помола зерна, для работы насосов, подъема воды. Среди ВИЭ ветроэнергетика развивается наиболее быстро: только за последние 20 лет количество мощностей возросло в 75 раз и составило более 564 ГВт в год.

Ветрогенераторы используют кинетическую силу воздуха, захватывая движущиеся потоки с помощью крупных ветряных турбин и преобразуя в электроэнергию.

Расположение ветряных турбин может быть наземным или морским, прибрежным. За счет увеличения высоты и размеров турбин, а также возрастания диаметра движущихся элементов ветряной ресурс сейчас используется эффективнее. Скорость ветра в регионах неодинакова, и именно совершенствование технологий позволяет использовать этот ВИЭ практически в любой местности. Особенно мощные возобновляемые источники энергии имеются вблизи морей и океанов, поэтому морская ветроэнергетика имеет очень большой потенциал.

Гидроэнергия

Крупнейшим возобновляемым источником тепловой энергии и движущей силой для выработки электричества являются ГЭС. Гидроэнергетика предполагает установку ГЭС по течению рек, где они работают посредством действия водного ресурса. Вода падает с большой высоты на меньшую, вращая турбины, которые способствуют генерации электроэнергии.

По месту расположения ГЭС могут быть такими:

  • На реках (русловые) – вырабатываемое электричество получается самым недорогим, но оно доступно далеко не в каждом регионе;
  • На водохранилищах – требуют создания запаса воды, а после могут принимать участие в работе энергетических установок, параллельно являются стратегическим запасом питьевой воды и источником орошения во время засухи.

Функционирование ГЭС зависит от стабильности осадков в регионе, равномерности их распределения. В сложных климатических условиях эффективность может снижаться. Крупные ГЭС могут менять суть самих возобновляемых источников энергии. Они отрицательно сказываются на экосистеме, могут плохо влиять на окружающую среду. Поэтому сейчас предпочтительным считается строительство малых гидроэлектростанций, которые являются наиболее экологичным вариантом и помогают получать дешевое электричество в самых отделенных регионах.

При изучении и развитии возобновляемых источников энергии был отмечен положительный результат от применения ресурса жидкостной диффузии. В устьях рек ставят особые осмотические электростанции, которые работают от энтропии жидкостей (смешивания солёной и пресной воды). Избыточное давление возникает при выравнивании концентрации соли и запускает вращение турбинных установок. На данный момент работает только одна такая станция в Норвегии.

Биоэнергия

Возобновляемые источники тепловой энергии могут иметь органическое происхождение. Биомасса – это навоз, древесина, уголь, отходы сельскохозяйственных культур, которые тоже могут служить топливом, либо становиться сырьем для его производства. Остатки, подлежащие сжиганию, обычно образуются в ходе ведения лесного и сельского хозяйства. К пополняемым такие отходы можно отнести в том случае, если скорость их потребления равна или меньше скорости генерации.

Примером ВИЭ на основе биоэнергии является солома зерновых растений. Она подходит на роль топлива, при этом каждый год появляется вновь. Тем не менее, назвать полностью экологичным такой ресурс нельзя, ведь при его горении формируются выбросы парниковых газов. Объемы выбросов намного ниже, чем при традиционной генерации тепла, а при использовании фильтров, улавливателей их влияние можно нивелировать. Чтобы применение биомассы не спровоцировало негативное воздействие на окружающую среду, ее подготавливают в строго ограниченных объемах. В противном случае есть риск излишней вырубки лесов, изменений в системе землепользования и разрушения экосистем.

Энергия океана

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Развитие возобновляемых источников энергии и поиск новых привели к освоению технологий, позволяющих использовать тепловую и кинетическую силу морской воды. Сейчас они находятся на ранней стадии разработки, но имеют огромные положительные перспективы.

Океанические течения, волны, приливы и отливы также могут служить для выработки тепла и электроэнергии.

Вода океана заставляет работать генераторы, которые производят электричество. Данный ресурс можно смело назвать неисчерпаемым, при этом очень надежным, ведь приливы и отливы будут происходить всегда строго согласно гравитационному притяжению Луны. Энергетический потенциал океана огромен и, скорее всего, намного превышает потребности всего человечества.

Плюсы и минусы использования ВИЭ

В основе возобновляемых источников энергии – огромное преимущество в минимизации выбросов углерода, метана и других парниковых газов в атмосферу. Все ВИЭ безопасны для окружающей среды как при добыче, так и при непосредственном применении. Технологии совершенствуются, и количество потребляемых ресурсов для получения того же объема тепла и электроэнергии постоянно снижается.

Другие достоинства применения возобновляемых источников:

  • Сохранение здоровья людей. Нормализация климата в регионе и на планете в целом – результат отсутствия вредных последствий от применения возобновляемой энергетики. Погодные условия улучшаются, снижается риск загрязнения воздуха, воды и развития различных заболеваний. Количество выбросов от ВИЭ ничтожно малое и легко утилизируется естественными поглотителями (растительностью).
  • Долговечность. Все приборы, установки, устройства, работающие на неисчерпаемом топливе, обладают очень длительным сроком службы. Большинство из них имеют модульную конструкцию, где отдельную вышедшую из строя часть легко заменить новой. Износ элементов минимален, они не требуют регулярного ремонта.
  • Рабочие места. Для обслуживания новых объектов энергетики требуется большое количество сотрудников. Только в солнечной промышленности по всему миру занято 260 тысяч человек. Вкладывать средства и организовывать производство выгодно и предпринимателям, ведь все ВИЭ являются неисчерпаемыми и способны восстанавливаться, оставаясь доступными для целых поколений людей.
  • Стабильность цены. На стоимость возобновляемых источников энергии не влияет инфляция, другие экономические явления, она остается постоянной. Совершив первоначальные инвестиции, которые быстро окупятся, дальше можно не переживать о росте цен на производимый ресурс.

Минусы у применения ВИЭ тоже имеются. Зачастую начальные затраты для обустройства объекта энергетики выше, чем при использовании традиционных источников.

Прочие недостатки:

  • Сложности с аккумулированием – потребуются специальные батареи для хранения выработанной энергии, а они весьма ограничены по емкости;
  • Снижение эффективности – некоторые виды ВИЭ не могут быть достаточно производительными всегда, например, объекты ветроэнергетики в полностью безветренный день;
  • Большие габариты – установка турбин, панелей, ветряков требует значительной свободной площади;
  • Низкий КПД – по сравнению с традиционными источниками, ВИЭ работают менее эффективно (к примеру, КПД угля – 60%, ветра – 20-30%).

Необходимость внедрения ВИЭ

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Возобновляемые источники очень важны, так как именно они могут закрыть проблему истощения традиционных ресурсов, которые уже считаются ограниченными. Благодаря ВИЭ можно избежать энергетического кризиса. Некоторые небольшие страны могут полностью закрыть свою потребность в тепле и электроэнергии за счет возобновляемых источников разного типа.

Еще один важный момент касается экологической обстановки в мире. Риск проблем с разливами топлива, парниковыми газами, выбросами других вредных веществ резко снижается. Странам, которые зависят от импорта топлива, можно решить вопрос эффективно и на долгие годы.

Применение и перспективы использования ВИЭ в России

Использование возобновляемых источников энергии в России довольно неравномерное. Это связано с наличием разных географических поясов, с особенностями климата, которые варьируют в широких пределах. Инвестиции в «зеленую» энергетику тоже довольно скудны, есть пробелы в экологическом законодательстве.

В России имеется несколько солнечных производств общей мощностью около 400 МВт. Крупнейшее из них находится в Крыму (Владиславовка). Также объекты солнечной энергетики есть в Оренбурге, Самаре, Архангельске, активно разрабатываются новые солнечные проекты для Дальнего Востока, Сибири.

Ветроэнергетика в России развита меньше, чем солнечная. Суммарная мощность установок для выработки электроэнергии за счет ветра равна 184 МВт. Наибольшее число объектов также находится в Крыму. Самая большая ветровая система – это Адыгейская ВЭС. Количество ГЭС с стране довольно велико: на реках установлено более 200 станций. Они генерируют до 1/5 части всей электроэнергии, поэтому считаются самым востребованным и развитым возобновляемым источником. Наиболее мощная ГЭС, Саяно-Шушенская, находится на реке Енисей.

Гейзеры и вулканы России находятся на Камчатке, поэтому геотермальные ВИЭ сполна отдают свою силу именно здесь. До 40% всей генерации приходится на данный возобновляемый ресурс (около 80 МВт). Всего же, по оценкам специалистов, возможности Камчатки относительно геотермальной энергетики достигают 5000 МВт. Источниками биоэнергии в стране являются пеллеты, брикеты из остатков древесного сырья, биогаз и жидкое топливо из растительных отходов, правда, эта отрасль развита в недостаточном объеме и является очень перспективной.

Применение ВИЭ в мире

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Многие страны мира уже взяли на себя обязательства по снижению выбросов за счет применения возобновляемых энергетических источников. Это поможет уменьшить углеродный след и снизить риск глобального изменения климата. Согласно Парижскому соглашению, до 2030 года должен произойти энергетический переход – замена угольной экономики на «зеленую». Уже сейчас в Германии доля ВИЭ составляет 40% (из них половина – ветровые установки), в Исландии 85% домов отапливаются за счет геотермальных источников. В Китае активно строятся ГЭС, а также присутствует самая крупная гидроэлектростанция мира – Три ущелья.

ВИЭ – важнейший ресурс, который точно не закончится в ближайшие миллионы лет. Они представляют собой отличную альтернативу невозобновляемому топливу, экологически безопасны и являются настоящей инвестицией в будущее планеты!

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru