Проблемы альтернативных источников энергии и путь их решения сочинение

Обновлено: 05.07.2024

Переход человечества на альтернативные источники энергии неизбежен. Многие ученые уже сейчас предрекают скорый отказ от нефти, газа и угля в пользу новых источников. Ожидается, что переход может занять не более 10 лет. При этом лидеры мировых государств должны всерьез подойти к решению этой задачи. Но, несмотря на все перспективы энергетической революции, существуют определенные проблемы массового перехода на новые источники энергии.

Что относится к альтернативным источникам энергии

Использование альтернативных источников основано на получении энергии из возобновляемых природных ресурсов: солнечного света, приливов, ветра и др. Они станут достойной заменой традиционных источников энергии, запасы которых постепенно иссякают. Но эффективность применения таких источников зависит от особенностей климата, что несколько осложняет ситуацию.

На сегодняшний день известны такие источники:

энергия солнца;
энергия ветра;
геотермальная энергия;
энергия приливов и волн
возобновляемое (растительное) топливо.

Основные проблемы альтернативной энергетики

Отсутствие государственной поддержки

Главная проблема использования альтернативных источников энергии – дотационность. К примеру, внедрение новых технологий в странах с прохладным климатом и недостаточным количеством солнечного света потребует значительных финансовых затрат. Без серьезной государственной поддержки использование альтернативной энергетики будет убыточным и бессмысленным. Значительных затрат потребует не только производство, но и транспортировка энергии.

Альтернативная энергетика не подходит для промышленного производства

Зависимость от погодных условий

Непостоянство природных явлений – это еще одна серьезная проблема альтернативных источников энергии. Солнце может в любой момент скрыться за тучами, ветер утихнуть, а высота приливов уменьшиться. Установив на крыше дома солнечные батареи, его владелец отдается на милость природы: если в течение нескольких дней будет солнечная погода – в доме будут работать все электроприборы. Но если погода будет пасмурной – жителям дома придется приготовиться к отсутствию самых необходимых благ цивилизации. Даже если до этого были накоплены избыточные запасы энергии – в период простоя электростанций они иссякнут.

Низкий КПД

Низкий уровень выработки энергии природными источниками пока что не позволяет превратить их в основной источник питания. К примеру, для обеспечения жилого дома электричеством в объеме 200-300 Вт площадь солнечных батарей должна составлять не менее 20 м².

Длительный процесс оформления документов

Людям, желающим открыть частную электростанцию, придется столкнуться с необходимостью в получении большого количества бумаг и разрешений. Перед началом выполнения работ по установке электростанции в обязательном порядке надо получить разрешение местных властей на постройку, согласие соседей и пр. Также необходимо ознакомиться с перечнем условий и требований к техническим характеристикам строящихся объектов. Если этого не сделать – владельцу электростанции придется отвечать в суде.

Шумная работа электростанций

Шумная работа характерна не для всех видов альтернативных источников энергии, но игнорировать наличие этого фактора нельзя. При работе ветряных электростанций сила шумового эффекта достигает 34-45 дБ на расстоянии 20 метров. Непрерывный шум будет неприятен как владельцу дома, так и его соседям. Еще один минус альтернативных источников энергии – неприятный запах. Он характерен для биомассовой энергетики, основанной на разложении отмерших растений, навоза и др. Решить проблему неприятного запаха не поможет даже использование герметичных контейнеров.

Высокая стоимость оборудования и обслуживания

Производство оборудования для электростанций – это сложный и трудоемкий процесс, требующий значительных финансовых вложений. Высокая стоимость солнечных батарей обусловлена тем, что в их состав входит фотоэлемент, разработанный на основе кремния. Кремний должен пройти предварительное очищение и преобразование, а это обходится производителям недешево. Так же дела обстоят и с другими источниками энергии, основанной на использовании природных ресурсов.

5 причин медленного отказа от нефти, газа и угля

Несмотря на то, что существуют определенные проблемы внедрения новых источников энергии, у них есть большие перспективы в будущем. Стремительное развитие научно-технического прогресса позволит создать более дешевые и экологичные установки, благодаря чему существенно снизится стоимость такой энергии.

Отказ от традиционных источников энергии (нефти, природного газа, угля) неизбежен по таким причинам:

Традиционные энергодобывающие технологии оказывают пагубное влияние на окружающую среду. Катастрофическое изменение климата вследствие их использования будет заметно уже в первые десятилетия XXI века.
Запасы нефти и других полезных ископаемых ограничены, процесс их восстановления займет длительный период времени.
Переход на альтернативные источники энергии позволит сберечь топливные ресурсы планеты для переработки в химической и других отраслях промышленности.
Цены на некоторые виды альтернативной энергии уже сегодня заметно ниже стоимости на традиционную энергию.
Страна, которая первой во всем мире освоит альтернативную энергетику, сможет диктовать цены на топливные ресурсы.

Использование альтернативных источников энергии во всем мире набирает обороты. Они практически неисчерпаемы и не наносят вред окружающей природе. Отказ от нефти и газа потребует слаженной работы многих людей, междисциплинарных исследований и положительного отношения политиков к этому вопросу.

Проблемы энергетической безопасности и постоянно ухудшающейся экологии всё сильнее влияют на нашу жизнь. Потребности человечества в энергии постоянно растут, традиционные источники энергии неизбежно истощаются и уже не могут полностью снабжать людей всей необходимой энергией, а перехода на новые, более современные и рациональные, технологии не происходит. В свою очередь, увеличение выработки электроэнергии путем введения в эксплуатацию новых традиционных электростанций заранее обречено на провал.

В настоящее время в энергетике сложилась патовая ситуация: уже существуют научные разработки, позволяющие использовать нетрадиционные источники энергии, и потребитель остро нуждается в электроэнергии, однако традиционные источники энергии, хоть и загрязняют биосферу планеты, но выигрывают в экономическом плане, и все разработки в области альтернативной электроэнергетике становятся просто невыгодными.

При этом электричество является необходимым и уникальным по своей природе ресурсом, который при этом практически нельзя запасти впрок без серьезных его потерь, а его потребление, в отличии от его производства, сильно распределено, ведь электричество нужно всем.

При этом, все традиционные источники энергии пагубно влияют на окружающую среду, происходит постоянное загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы Земли отходами производства энергии.

Из-за использования традиционных источников энергии происходит нарушение общего теплового баланса биосферы и даже самого химического состава атмосферы, что постепенно приводит к глобальным и необратимым изменениям климата нашей планеты, пагубно влияющим на всё живое.

Наиболее используемые человечеством на данный момент источники электроэнергии — это гидро-, тепло- и атомные электростанции, соответственно мы можем считать эти источники энергии традиционными. Они не являются самыми эффективными способами получения энергии и их использование связано с некоторыми трудностями и проблемами.

Гидроэлектростанций являются самыми экологически чистыми из существующих на данный момент источников энергии. Но их распространение ограничено: гидроэлектростанцию возможно построить далеко не на всех реках. При этом, они также требуют дорогостоящего строительства плотин и последующего затопления большой территории, это нарушает режим питания рек и губит рыбу. Также и обслуживание гидроэлектростанций связано с некоторыми трудностями: для этого требуется очень грамотный персонал, четко соблюдающий все инструкции, поскольку ошибка может привести к прорыву плотины и последующим затоплениям во всех населенных пунктах, расположенных ниже по течению и колоссальному загрязнению реки.

Ярким примером серьезной аварии на гидроэлектростанции может служить авария на Саяно-Шушенской ГЭС, произошедшая 17 августа 2009 года. В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесён серьёзный ущерб. Помимо этого, произошло серьезное загрязнение окружающей среды: общий объём утечек масла из оборудования станции составил 436,5 кубометров, из которых ориентировочно около 45 кубометров, преимущественно турбинного масла, попало в Енисей, вызвав гибель большого количество рыбы.

Атомные электростанции также, на первый взгляд, можно назвать экологически чистыми источниками электроэнергии. В отличии от гидроэлектростанций, они совершенно не требовательны к местоположению, их можно построить практически везде, но их постройка крайне дорогостоящий и сложный процесс, от которого в дальнейшем зависит безопасность эксплуатации и эффективность производства.

Обслуживание атомных электростанций также представляет собой очень и очень большую проблему. Даже малейшая ошибка персонала станции может привести к очень плачевным последствиям для большого количества людей. Причем отголоски таких аварий будут еще долго преследовать человечество. Весь мир до сих устраняет последствия страшных ядерных катастроф, связанных с авариями на атомных электростанциях:

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологически чисты, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. Они менее проблемные, более эффективные. В свою очередь, достижения современной науки уже позволяют нам создать новые, ультрасовременные источники энергии, которые не потребуют от людей больших трудовых, экономических и топливных затрат и будут практически безвредными для окружающей среды, что в свете постоянного ухудшения экологической обстановки на нашей планете становится немаловажным. Кроме того, все традиционные источники энергии требуют постоянного контроля со стороны человека, в то время как альтернативная энергетика более автоматизирована и автономна. В некоторых странах уже повсеместно применяются электростанции, использующие для получения электроэнергии возобновляемую энергию ветра и солнечного света. Но в России на данный момент эти источники энергии мало распространены, поскольку климатические условия нашей страны ставят развитию альтернативной электроэнергетики определенные ограничения.

В данном проекте я опробую оценить, какие из альтернативных способов получения энергии пригодны для центральных регионов России.

Обычно, когда говорят о переходе на альтернативные источники энергии, все почему-то представляют быстрый отказ от традиционных источников и их резкую замену альтернативными источниками энергии. Это в корне неверно. Переход на другие источники энергии должен быть постепенным и плавным, но для того чтобы его осуществить в ближайшее время, начинать этот процесс необходимо уже сейчас!

Время не стоит на месте. В глубокой древности люди использовали как источник энергии только собственные силы, или, по возможности, силы домашних животных. Потом первым внешним источником энергии, который научились использовать люди, был огонь. Все, что вначале умели получить от огня, это приготовление еды и обогрев своего жилища. Сегодня на службе у человечества находятся источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллионы раз. Сейчас мы готовим еду не только с помощью огня, специальной техникой поднимаем тонны грузов, используя ракеты, покоряем космос, заглядываем в глубины Земли и строим миллионы городов. Тем не менее, в мире все чаще возникают локальные энергетические кризисы, связанные с недостатком энергетических ресурсов.

Закон энергии

Энергия никогда не исчезает, она может менять форму и накапливаться. Например, растения нуждаются в солнечном свете, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Вместе с тем, они отдают ее нам в виде съедобных продуктов, люди и животные потребляют эти растения и превращают эту энергию, которая в них накапливается, например, в мышечную работу. С другой стороны, при сжигании дров на костре также освобождается энергия, происходящая от Солнца. Кроме того, все ископаемые ресурсы планеты, прежде всего уголь, природный газ, нефть являются накопителями солнечной энергии. Все эти топливно-энергетические ресурсы образовались из останков животных и растений, которые существовали миллионы лет назад, под действием давления и чрезвычайно высокой температуры в земной коре.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваться в природный кругооборот воды, чтобы таким образом добывать энергию. Сегодня на гидроэлектростанциях производится электроэнергия, которую можно накапливать или же сразу потреблять по назначению.

Невероятной силы морские волны ежесекундно разбиваются о многочисленные побережья, мощная энергия их выполняет свою работу. Но человечество до сих пор не в силах использовать силу морских волн для производства энергии, хотя существует бессчетное количество теоретических моделей и идей их реализации для решения энергетической проблемы. С недавнего времени, а именно после аварии на Чернобыльской АЭС правительства многих морских государств всерьез заинтересовались этим безопасным источником энергии, до этого проводились испытания в основном в области атомной энергетики.

Уголь

Все виды угля – это результат процесса, длившегося миллионы лет, во время которого останки разнообразной растительности разложились и превратились под действием высокого давления в торф, затем - в уголь. Эти залежи на протяжении миллионов лет все глубже и глубже проникали в земную кору, покрываясь сверху новыми пластами. Например, слой торфа в 50 метров уплотнялся до пласта угля в 3 метра. Первыми, еще в I столетии нашей эры, с помощью угля отапливали свои жилища римляне. Исследователи считают, что торф использовался для отопления еще в доисторический период. И только в XVI веке уголь стали использовать в Европе как топливо.

Уголь и нефть по своему происхождению и химическому составу принадлежат к одной группе. На самом деле из угля так же, как из нефти, можно получить бензин. Этот способ был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда нефти для производства бензина не хватало. Этот метод заключается в том, что в процессе сжигания уголь размельчается и проходит определенные химические процессы, в результате чего получается отличное топливо.

Нефть

Как и другие виды ископаемого топлива, которое человечество сжигает для получения тепла и электроэнергии, нефть имеет чрезвычайно почтенный возраст. Самые старые месторождения нефти были образованы 600 млн лет назад. Нефть заполняла все пустоты и щели земной коры, создавая громадные месторождения. В наше время они активно отыскиваются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих залежей.

Из нефти производят все больше и больше веществ, потребляемых человечеством. Бензин и дизельное топливо - не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть является сырьем для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики, пластмассы. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависимо от этих топливно-энергетических ресурсов. Не зря самые богатые страны в мире – это страны-добытчики и производители нефти. В наше время везде господствует нефть. Ни одна другая форма по мощности пока не может заменить нефть как источник энергии.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления еды или производства электроэнергии, - это в большинстве случаев пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен во время бурения первых нефтяных скважин почти случайно. Сегодня природный газ обеспечивает пятую часть мировой потребности в энергии.

Природный газ, который сгорает во время приготовления еды, выделяет энергии в два раза больше, чем электрический ток, производимый тепловыми электростанциями. Природный газ, так же как и уголь, является ископаемым топливом, но по своему происхождению ближе к нефти. Именно поэтому он добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Проще всего добывать природный газ из месторождений, которые находятся под землей, как на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его выработке обеспечивается системой соединительных труб и вентилей, с помощью которых регулируют давление, так как газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Главные европейские месторождения газа находятся в Италии, Франции и Голландии, а также в Северном море, возле побережья Великобритании и Норвегии. Кроме этого, Россия поставляет сибирский газ разветвленной системой газопроводов в страны Центральной Европы. Россия – главный поставщик газа, из Сибири поступает третья часть всех используемых в мире запасов газа.

Энергия из атомов

Атомную энергию человечество научилось получать на электростанциях путем расщепления ядра атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильное ядро и легче всего расщепляется под действием нейтронов. В результате распада ядра освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие ядра атомов. Этот процесс превращается в цепную реакцию и освобождает огромное количество энергии, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и электрогенератор. К сожалению, этот способ решения энергетической проблемы небезопасный, вместе с энергией атомных ядер происходит радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому защита с помощью специальных кожухов на таких электростанциях должна быть максимальной.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем за мягкими альтернативными видами энергии. Существуют такие формы, как энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия. Они не тратят полезные ископаемые и не вредят окружающей среде. Еще их называют возобновляемыми источниками энергии. До тех пор, пока существует жизнь на Земле, сила ветра, биоэнергия и солнечная энергия неисчерпаемы, а ископаемые источники в виде угля, газа и нефти когда-нибудь исчезнут.

Биоэнергия

Биоэнергия – энергия, которая вырабатывается из растений. Для животных и людей растения являются самым важным источником энергии и пищевым продуктом. Растения получают запас энергии непосредственно от Солнца, древесина – носитель возобновляемой биоэнергии. Но потребности нашего индустриального общества настолько велики, что вся древесина на планете сможет удовлетворить только небольшую ее часть, не решая проблемы энергетической. Во многих странах древесина выступает основным источником энергии. Неконтролируемая вырубка ведет к уменьшению количества деревьев, поскольку часто для их насаждений не хватает денег. В таком случае этот источник постепенно становится невозобновляемым, что станет одной из причин энергетической проблемы.

Альтернативным и перспективным методом получения энергии считается производство биогаза. Он формируется из разрушенных веществ животного и растительного мира при отсутствии контакта с воздухом. Сельские хозяйства, где собирается в виде отходов много биомассы, могут использовать для производства метана специальные установки биогаза. Работа таких установок не вредит окружающей среде, а их использование не требует никаких затрат. Решение энергетической и сырьевой проблемы именно в таких альтернативных источниках. Но, конечно, сначала они должны быть построены, а первые опыты всегда связаны с большими расходами. Интересный способ расходовать меньше бензин, например, нашли в Бразилии. Они производят биоспирт - жидкость, получаемую из брожения сахарного тростника и кукурузы. Этот алкоголь добавляется к обычному бензину. Таким образом, страна становится менее зависимой от импорта бензина.

Еще один пример использования биоэнергии представляют собой калифорнийские побережья. На морских фермах выращивается одна из разновидностей морских водорослей, которые ежедневно вырастают на полметра. Их также перерабатывают для получения бензина, а другие виды водорослей используют как сырье на тепловых электростанциях, уменьшая энергетическую и сырьевую проблему.

Энергия ветра

Ветер – один из традиционных источников энергии. Еще в VII веке до н. э. в Персии использовали ветряки, а в 1920 году в США впервые ветряк использовали для производства электроэнергии. Еще спустя 10 лет в Австрии и Баварии были построены ветряные установки, которые обеспечивали собственным электричеством целые местности.

Современные силовые установки производят электроэнергию. С помощью силы ветра движутся электрогенераторы, которые питают электросеть или же накапливают энергию в аккумуляторных батареях. По мнению специалистов, использование силы ветра имеет большое будущее, если человечество отдаст предпочтение развитию технологии альтернативной энергетики, а не атомной энергетике и использованию нефти как источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как разновидность атомного реактора чрезвычайной мощности. Только миниатюрная частичка достигает Земли, но даже она дает возможность жизни. Можно ли превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую? Да, это вполне возможно с помощью солнечных батарей. Уже сегодня везде, где ярко светит Солнце и потребности в электроэнергии небольшие, получают энергию непосредственно от Солнца. Солнечные батареи – это пластины, которые имеют два чрезвычайно тонких слоя. Один слой состоит из кремния, второй – из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, который попадает на солнечную батарею, на ее внешний слой проникают фотоны – мельчайшие частички света, излучаемые Солнцем. Они приводят в движение электроны, перенося их во второй слой и, таким образом, вызывают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, затем - в электрические проводники. Таким образом, например, станции на солнечных батареях уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Пока они еще очень дорогие, но надеемся, что в недалеком будущем они станут достаточно эффективными и дешевыми и смогут решить глобальную энергетическую проблему, удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные фермы сейчас находятся в нежилых краях из-за чрезвычайной жары. Перспективы использования солнечной энергии огромные, по мнению специалистов, если техника для производства водорода будет дальше развиваться, то накопленную в пустынных районах солнечную энергию можно будет доставлять в виде водорода к странам-потребителям.

Зачем беречь энергетические запасы?

Залежи нефти, угля и природного газа, образованные нашей планетой на протяжении миллионов лет, человечество тратит за несколько лет. Когда мы бездумно тратим эти запасы с увеличением добычи энергоносителей, мы обворовываем своих потомков.

Этим мы нарушаем баланс энергии на Земле, ведь соотношение полученной энергии и отдаваемой обратно в космос должно быть уравновешенным. Если же человечество уничтожает и сжигает энергетические запасы, то образуются газы, которые препятствуют возвращению в космос излишка солнечной энергии. Как результат, возникает глобальная энергетическая проблема - наша планета становится теплее, возникает явление, называемое парниковым эффектом. Парниковый эффект может настолько изменить мировой климат, что произойдет расширение пустынь, образуются опустошающие смерчи, растает лед на полюсах, значительно поднимется уровень моря, множество побережий будут залиты водой.

Кроме того, время истощения энергетических ресурсов уже пришло. Ученые бьют тревогу, доказывая, что энергетических ископаемых запасов хватит на несколько десятков лет, затем потребление энергии снизится и благосостояние человечества тоже. Решение проблемы в быстром переходе общества к разумному потреблению энергетических запасов и разработке новых альтернативных и безопасных методов добычи энергии.

Люди постоянно создают новые технологии, совершая огромные прорывы в разных сферах. С одной стороны, это шанс раскрыть тайны, связанные с человеческим телом, мирозданием, Космосом, созданием планеты, преодолением смертельных болезней. С другой же стороны, это истощение ресурсов, которые дает планета людям.

Кроме того, из-за активной деятельности человечества наблюдается серьезное давление на природу, окружающую среду. Из-за этого ученые уже несколько десятилетий говорят о глобальных проблемах, с которыми нужно бороться. Одной из самых острых и актуальных является энергетическая проблема.

Причины появления

Впервые об энергетической проблеме заговорили в 1970-е годы, когда ученые стали утверждать, что жители планеты столкнуться со сложностями обеспечения топливом и энергией. Серьезные опасения ученых возникли из-за крупного энергетического кризиса, который положил конец эпохе недорогой нефти.

После этого начался экономический кризис, затронувший весь мир. Сложности закончились, нефть снова стала дешевой, но энергетическая проблема и дальше продолжает беспокоить правительства стран мира.

На самом деле, причин развития и углубления энергетической проблемы гораздо больше. Современные корпорации, предприятия, сфера образования, коммунальных услуг, инфраструктура, логистическая и транспортная системы требуют колоссальных затрат электричества и топлива. Ресурсов постоянно не хватает, поэтому в некоторых странах увеличивается их потребление, в других – правительство пытается разработать альтернативные источники топлива и сделать использование традиционных вариантов энергии эффективным и безопасным.

Способы решения энергетической проблемы

Выделяют традиционные и инновационные пути преодоления данной глобальной проблемы. Большинство стран мира стараются наращивать ресурсы минерального топлива. Суть метода заключается в увеличении запасов нефти и газа за счет поиска новых мест ископаемых. Количество ресурсов возросло в несколько раз, если сравнивать с темпами добычи топлива.

Этот способ предусматривает не только наращивание количество топлива, но и их экономное и рациональное использование. В результате чего возникла ресурсоемкая экономика, базирующая на энергосбережении.

Второй способ касается сохранения ресурсов. Данная политика проводится в различных технологиях, в промышленности, транспорте, коммунальной и бытовой сфере, обществе, сфере образования.

Чтобы усилить процесс энергосбережения, стали использовать технологические нововведения. В частности, улучшили промышленное и коммунальное оборудование, стали выпускать экономичные автомобили. Постепенно стала меняться структура потребления энергетических ресурсов, направленных на увеличение числа возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.

Третий способ касается развития атомной энергетики, которая основана на использовании атомных реакторов нового поколения. Несмотря на закрытие в Европе многочисленных АЭС и массового отказа от такого вида энергетики, способ и дальше рассматривается как основной для решения энергетической проблемы.

Четвертый метод – прямое преобразование тепловой энергии в энергетическую с помощью магнитогидродинамических генераторов. Они имеют высокий уровень КПД, не осуществляют выбросы вредных веществ в атмосферу.

Пятый метод – создание криогенного турбогенератора, который должен работать за счет охлаждения ротора жидким гелием, благодаря чему достигается эффект сверхпроводимости.

Шестой способ – использование в качестве топлива водорода, на котором будет работать новый тип двигателя.

Ведутся разработки по созданию электрохимических генераторов (топливных элементов). Они тоже должны работать на водороде, который должны пропускать через полимерные мембраны с катализатором. Последние новинки в сфере поиска новых видов топлива касаются создания управляемого термоядерного синтеза. Он основан на слиянии ядер изотопов водорода. При ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн. раз больше энергии, чем при сжигании 1 килограмма угля.

Перспективы

Один из способов развиваться не будет. Ставка делается на использовании всех возможных методов, чтобы уменьшить долю использования различных видов топлива. В результате, в энергетической сфере будут происходить важные структурные изменения. Прогнозируется, что возрастет доля возобновляемых источников топлива при уменьшении части ископаемых. Ученые говорят, что в последующие годы будут активно использовать солнечную, ветровую, приливную и геотермальную энергии.

Огромные перспективы у биотоплива, способного давать огромное количество электроэнергии.

Несмотря на разработки и достижения, и дальше будут наблюдаться истощения отдельных бассейнов топлива, что поменяет структуру горной промышленности. Альтернативные источники энергетики не помешают наращивать темпы добычи ископаемых.

Ситуация может поменяться, если ученые добьются значительного прорыва в ядерной энергетике.

Таким образом, энергетическая проблема обострилась в 1970-е годы в результате активной деятельности людей по добыче топливных ископаемых. Глобально заниматься проблемой стали только в конце ХХ века, сделав ставку на уменьшение традиционных минералов, необходимых в энергосфере. Большой прорыв в данной области связан с созданием альтернативных источников энергетики.

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

Солнечный свет
Водные потоки
Ветер
Приливы
Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop .

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.

Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.

Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.

Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.

Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.

Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Ветровая энергетика

Гидроэнергетика

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Читайте также: