Альтернативные источники энергии

Человек издревле использовал различные виды энергии и в первую очередь ветра ,как движитель для кораблей, что позволило усилить развитие торговли и передачу научных данных. Возобновляемое топливо из отмерших растений и отходов жизнедеятельности былo источником тепловой энергии и служило людям помощью в приготовлении пищи и получения первых металлов.

Энергия воды приводила в действие мельничные жернова. На протяжении тысячелетий это были основные виды энергии, которые сейчас мы называем альтернативными источниками. С постепенным развитием геологии и технологий добычи полезных ископаемых из недр планеты стало экономически выгодней добывать углеводороды и сжигать их для получения энергии по мере необходимости, чем ждать пока природа позволит воспользоваться своими дарами и в дальнейшем надеяться на удачное совпадение обстоятельств :удачное совпадение течений, направления ветра, облачности и т.д.Частая нестабильность и изменчивость погодных условий , не позволяющих в полной мере удовлетворить потребности людей для развития науки и отдельных отраслей жизнедеятельности , а также дешевизна двигателей, работающих на ископаемом топливе, заставили прогресс развиваться по пути использования энергии недр земли.

В настоящий момент времени ,очень широкую популярность приобрел интересный термин «энергетическая безопасность» которая стоит в одном ряду с военной, экономической, национальной ,экологической, продовольственной и другими видами безопасности .

Данный термин можно понимать как состояние защищенности страны, ее граждан, общества и экономики от внешних и внутренних угроз надежному топливно- и энергообеспечению.

Чтобы обеспечить данную безопасность, требуется своевременно выявить основные проблемы энергетики и обеспечить способы их решения в полной мере подходящие для осуществления этих способов в условиях переменчивой экономической ситуации на территории РФ. Для ХХ –XXI веков характерен повышающийся спрос на первичные энергоресурсы и как следовательно высокий рост потребления энергоресурсов и электроэнергии.

В последние годы уверенно просматривается тенденция увеличения потребления электроэнергии. Например в мире в 15 раз возросло совокупное потребление электроэнергии и в 4,4 раза увеличился расход электричества на одного жителя планеты . Причем темпы использования энергоресурсов только продолжают расти.

Вместе с тем продолжаются активные освоения первичных источников энергии с более высоким энергосодержанием — каменный уголь, уран, газ, нефть. При более детальном рассмотрении проблем связанных с энергетикой можно наблюдать , так называемую «триаду энергетических проблем»

Во-первых, основными на сегодняшний период времени источники энергии являются, в большинстве своём, невозобновляемыми , причем распределены по планете неравномерно. Из-за этого одни страны испытывают дефицит энергоресурсов и вынуждены тратить большую часть бюджета на их покупку, становясь при этом зависимыми от своих же поставщиков. Другие , наоборот, могут выйти на легкий ,но высокодоходный заработок, что сулит таким государствам стать сырьевыми придатками стран, выбравших инновационный путь развития. Ярким примером этому является Россия ,которая десятилетия назад плотно «сидела» на углеводородной трубе, но теперь взяла чёткий курс на освоение более совершенных способов добычи электроэнергии.

Во- вторых, современные способы выработки энергии приносят заметный ущерб экологической составляющей нашего мира: техногенные выбросы в воздушное пространство планеты, её недра и водные составляющие.Из-за этого погода становится более непредсказуемой , а климат на планете меняется . В дополнении к этому следует упомянуть о крупных авариях на антропогенных объектах, таких как АЭС Фукусима-1 или Чернобыльская АЭС.

В-третьих, всё вышеперечисленное становится причиной появление новых геополитических и социальных проблем. Дефицит источников энергии вынуждает государства развязывать новые конфликты за энергоресурсы или осуществлять передел территорий с их запасами ненасильственными методами, а климатические проблемы приводят к ухудшению ситуации в сельскохозяйственном секторе. Незапланированные изменения погоды способны лишить фермеров урожая и вызвать голод не только в регионе, но и в стране ,что в свою очередь может привести к социальным бунтам или миграции населения.

Решить все проблемы, входящие в триаду, возможно путём сбережения энергоресурсов или замещения ископаемого топлива на нетрадиционные , возобновляемые источники энергии с вовлечением всё большего числа стран , что в свою очередь будет приносить пользу не только в отношении экологии ,но и геополитики .Именно это даст людям возможность перейти на новый уровень своего развития.

Виды чистого производства электроэнергии:

1.СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ - Среди всех альтернативных источников энергии на солнечную энергетику возлагают высокие надежды , ведь её можно использовать не только для выработки электроэнергии , но и нагрева теплоносителей без дальнейшего его преобразование в электричество . Тем самым солнечные батареи закрывают сразу 2 потребности: обеспечения каких либо инфраструктур энергией ,а так же их обогревом.

Первая работающая технология использования солнечных батарей появились в 70-х годах прошлого столетия. На сегодняшний момент солнечные электростанции вошли в широкий сектор применения, хотя доля вырабатываемой ими энергии не велика. КПД имеющихся на сегодняшний день батарей находится в районе 14% в то время как КПД АЭС находится на уровне 35-45% .

Плюсы: Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей; Полная безопасность для окружающей среды ; Возможность использования в качестве автономной электростанции для отдельно взятого дома.

Минусы: Зависимость от погоды и времени суток; Высокая стоимость конструкции; Необходимость использования больших площадей.

2.ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГИЯ - Еще одно направление, способное стать альтернативой традиционной энергетике. Впервые интерес к этому источнику энергии возник в 70-е годы прошлого века, в связи с нефтяным кризисом ,вызвавшим колоссальные экономические проблемы .Данное направление специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс, за счет вращения лопастей, которые подключены к генератору, в электрическую, тепловую, механическую или в любую другую , удобную для использования в хозяйстве энергию. Большие ветряные электростанции способны снабжать энергии небольшие города не вызывая негативного воздействия на биосферу земли.

Плюсы: Энергия ветра не производит никакого загрязнения окружающей среды; Ветровые электростанции могут быть построены как на мелководье ,так и на малоизвестных прибрежных местностях.

Минусы: Энергия ветра является непостоянной ; Большие ветровые электростанции могут производить негативное влияние на эстетический вид; Дороговизна производства и установки ветрогенераторов.

3.ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ -В основе геотермальной энергетики лежит использование горячих источников, пар которых направляется на турбину, которая своим движением приводит в действие электрогенераторы. Подобные станции уже работают в 24 странах мира. Первая из них была открыта в далеком 1904 году в Италии. Так как источником энергии в таких станциях являются геотермальные источники, их можно использовать только в местах их расположения, что является немалым ограничением для того, чтобы рассматривать этот метод в качестве энергетики будущего. В нашей стране действуют только 3 геотермальных электростанции небольшой мощности на Камчатке

Плюсы: Неиссякаемость источника; Полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года

Минусы: Необходимость возобновляемого цикла поступления воды в подземный водоносный горизонт

4. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГИЯ –несколько десятилетий назад возможность использования водорода в качестве одного из источников энергии считалась недостижимой для развития в данной отрасли. Такое положение определили преимущества водородной энергии. В основе получения энергии водорода является реакция водорода, во время которой выделяются тепло и вода, образуя электричество. Способ получения экологически чистый но не до конца безопасный. Данный источник энергии – доступен и неисчерпаем ,а так же отличается высоким КПД по сравнению с остальным экологически чистыми способами выработки энергии. Но в данном способе выработке энергии возникают свои проблемы.Они возникают из-за громадных инвестиций, необходимых для создания подобных проектов ,а так же отсутствие технологий позволяющих контролировать высокую температуру , возникающую в результате водородных реакций.

Перспективы: В 2006, как и в 2005 году большая часть малых энергоустановок была установлена в Японии. Японская компания NEF (New Energy Foundation) объявила о начале многолетнего демонстрационного проекта применения малых стационарных топливных элементов и была субсидирована установка 6400 топливных элементов. В 2005 году стоимость 1 кВт водородной бытовой станции в Японии составляла 10 млн ¥, работы по её установке стоили еще 1 млн ¥. К середине 2008 года в Японии было установлено ещё около 3000 бытовых энергостанций на водородных топливных элементах, а их стоимость снизилась до 2 млн ¥ ,это наталкивает на определенные домыслы о том, что за водородной энергетикой стоит не далёкое будущее.

5.БИОТОПЛИВО - Ученые ежедневно ведут разработки в областях альтернативного вида топлива. На сегодняшний момент времени многие страны занимаются производством биотоплива, и Россия не является исключением. Биотопливо в России начали воспроизводить не так давно, однако эта область имеет широко идущие перспективы. Биотопливо - это вид топлива созданного из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности различных организмов или других биологических отходов. В данное время существуют несколько электростанции работающих как на твердом, жидком и газообразном биотопливе. Однако ,сжигание твердого биотоплива для выработки электроэнергии является невыгодным ,так как уровень КПД при сжигании такого топлива составляет лишь 25%.Гораздо более выгодным являются электростанции работающие на газообразном биотопливе так как при его сгорании выделяется больше энергии чем от твердого биотоплива .Большинство ученых считают , что именно биотопливо в будущем заменит нам привычные способы выработки электроэнергии и избежать мирового энергетического кризиса .

Плюсы: Производить биотопливо можно из самых разных органических материалов; Производство биотоплива поможет решить проблемы, связанные с утилизацией мусора.

Минусы: Массовое выращивание растений, предназначенных для производства биотоплива, способно истощить плодородные земли и послужить причиной голода во многих странах.

Основные проблемы альтернативной энергетики

Отсутствие государственной поддержки:

Самой главной проблемой в использовании альтернативных источников энергии является дотационность. К примеру, введение новых технологий выработки электроэнергии в страны с довольно прохладным климатом и недостаточным количеством солнечных дней потребует значительной финансовой поддержки. Именно из-за этого без государственной поддержки использование альтернативных источников энергетики будет убыточным и бессмысленным. Значительные затраты потребуются не только на производство ,но и на транспортировку энергии до потребителей.

Альтернативная энергетика не подходит для задействования в промышленном секторе:

Энергия, вырабатываемая экологическим способом, нуждается в «страховочном» дублировании другими типами электростанций. Это обусловлено тем, что ее производство зависит от множества неконтролируемых природных факторов. Именно поэтому в большинстве стран альтернативная энергетика выполняет функции дополнительного источника, но заменить собой традиционную энергетику она пока что не в состоянии.

Зависимость от погодных условий:

Непостоянство природных явлений – это еще одна серьезнейшая проблема в альтернативной энергетике. Солнечный свет может в любой момент скрыться из-за туч, ветер утихнуть, а высота приливов изменится. Установив на крыше дома солнечные панели их владелец становится заложником природы. Даже если до этого были накоплены избыточные запасы энергии – в период длительного простоя электростанций они иссякнут.

Низкий КПД:

Низкий уровень КПД вырабатываемый природными источниками генерации электроэнергии не позволяет применять их в полной мере как основной источник. К примеру, для обеспечения жилого дома электричеством в объеме 200-300 Вт площадь солнечных панелей должна составлять не менее 20 м².

Длительный процесс оформления документов:

Людям, желающим открыть свою электростанцию, придется оформлять очень большое количество бумаг и разрешений. Перед началом работ по установке потребуется столкнуться с необходимостью в получении большого количества бумаг, разрешений, согласие соседей и пр. Также потребуется ознакомление с довольно большим перечнем условий и требований по техническим характеристикам строящихся объектов.

Шумная работа электростанций:

Шумная работа не характерна для всех видов альтернативной энергетики ,однако игнорировать наличие данного фактора нельзя. При работе ветротурбины шумовой эффект достигает 34-45 дБ на расстоянии 20 метров. Непрекращающийся шум будет неприятен как владельцу дома, так и его соседям. Еще один минус альтернативной энергетики – неприятный запах. Он характерен для биоэнергетики, основанной на разложении отмерших растений, биомусора и др.

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.

ВЫВОД: Мир столкнулся перед серьезной проблемой нехватки электроэнергии. Одним из путей решения данной проблемы я вижу в экологичных видах выработки электроэнергии. Я считаю, что в обозримом будущем мы будем использовать их, повысив их эффективность и поборов их дороговизну.