Альтернативная энергетика

Альтернативная энергетика, также нетрадиционная энергетика — сектор энергетики, который для получения энергии включает в себя разработку и использование перспективных установок, технологий и топлив, которые по экономическим и техническим причинам менее распространены, чем традиционные.

Необходимость развития альтернативной энергетики обусловлена: ограничением добычи природных горючих ископаемых (из-за истощения их запасов); ужесточением экологических требований к их использованию; появлением новых высокоэффективных энергетических технологий; возникновением новых задач энергопотребления и другие.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии.

Понятия

Источники энергии — «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию»[1].

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению.

Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Так же во внимание может браться экологичность и экономичность.

Виды альтернативной энергетики

 

С использованием возобновляемых источников энергии

Одно из наиболее перспективных направлений альтернативной энергетики — использование возобновляемых источников энергии (солнце, ветер и прочее)

Гелиоэнергетика
Преобразование солнечной энергии. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкциигелиоустановок, таких как

  • Солнечная электростанция преобразует солнечную радиацию в электрическую энергию.

  • Солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя (в отличие от солнечных батарей, производящих электричество), а также может аккумулировать и передавать тепло потребителю. Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений[2].
  • Фотоэлемент — электронный прибор, который под действием падающего на него света преобразует энергию фотонов в электрическую энергию[3].
  • Наноантенна — устройство преобразования солнечной энергии в электрический ток, построенное по принципу выпрямляющей антенны, но работающее не в радиодиапазоне, а в оптическом диапазоне длин волн электромагнитного излучения[4].
  • Энергетическая башня — проектируемое устройство для производства электроэнергии, совмещающее солнечную и ветроэнергетику. Есть два варианта. Первый — охлаждение нагретого солнцем воздуха на высоте нескольких сотен метров и преобразование кинетической энергии нисходящих потоков воздуха в электроэнергию. Второй — нагревание солнцем почвы и воздуха в очень большом парнике и преобразование кинетической энергии восходящего потока воздуха в электроэнергию и другие.

Ветроэнергетика
Преобразование энергии ветра в электрическую, тепловую и механическую энергию, используя ветроэнергетические установки, такие как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

 

Альтернативная гидроэнергетика

Российский волновой генератор «Ocean 160»

Использование нетрадиционных видов получения энергии путем преобразования энергии водного потока. Существуют следующие виды преобразуемой энергии:

  • Энергия волн. Энергия, переносимая волнами на поверхности океана/моря, преобразуется на волновых электростанциях. Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.
  • Энергия приливов и отливов. Данную энергию приливные электростанции «берут» от естественного подъёма и спада уровня воды.
  • Малая гидроэнергетика связана с использованием энергии водных ресурсов (малые естественные и искусственные водотоки, водохранилища, озера, пруды и др.) гидравлических систем при помощи гидроэнергетических установок малой мощности (малые гидроэлектростанции)[5][6]. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Биоэнергетика

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений[7].

  • Топливо первого поколения
  • Топливо второго поколения — топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур). Например, щепа, гранулы (топливные пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., топливные брикеты.
  • Топливо третьего поколения — биотопливо из водорослей

Гидротермальная энергетика
Поскольку морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана, для получения электроэнергии используют разницу данных температур, преобразуя энергию температурного градиента морской воды.

Геотермальная энергетика
Основана на использовании тепловой энергии недр Земли (горячая вода или пар) непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения (извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный

Геотермальная электростанция (Несьяведлир, Исландия)

блок) или для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях (горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором), таких как тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле) и грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена).

 

Грозовая энергетика
Это способ использования энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть.

Криоэнергетика
Это способ аккумулирования избыточной энергии посредством сжижения воздуха.

Гравитационная энергетика
Аккумулирование избыточной энергии посредством запасания её в виде потенциальной энергии гравитационного поля.

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.

Другие

Также к направлениям альтернативной энергетики относят:

  • нетрадиционные технологии использования традиционных невозобновляемых источников энергии (топлив);
  • производство синтетического жидкого топлива (СЖТ);
  • водоугольное топливо (ВУТ);
  • технологии по переработке вторичных твёрдых бытовых отходов (ТБО), в том числе промышленных, сельскохозяйственных;
  • новые энергетические установки или преобразователи (в том числе с прямым преобразованием) разных видов энергии в электрическую и тепловую;
  • управляемый термоядерный синтез и другие.

Значение и перспективы

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой и возможность существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля (топливный дефицит в традиционной энергетике).

Преимущества и недостатки

 

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

Высокая стоимость оборудования и расходных материалов. В результате этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому использование альтернативной энергетики не всегда оправдана экономически. Сейчас одной из главных задач разработчиков является снижение себестоимости установок.

Зависимость от внешних факторов: погоды, времени суток, географического положения. А также невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов,

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

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

Литература

  • Нетрадиционная энергетика С. В. Алексеенко // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.

Примечания

  1.  Источники энергии // Научно-технический энциклопедический словарь. Научно-технический энциклопедический словарь
  2.  Екатерина Зубкова. Дорогой коллектор для бесплатной энергии. Energyland.info (19 июля 2012)
  3.  Фотоэлемент // Большой Энциклопедический словарь. 2000
  4.  Краснок А. Е., Максимов И. С., Денисюк А. И., Белов П. А., Мирошниченко А. Е., Симовский К. Р., Кившарь Ю. С. Оптические наноантенны // Успехи физических наук. — 2013. — Т. 183, № 6. — С. 561—589
  5.  ГОСТ Р 51238-98 Нетрадиционная энергетика. Гидроэнергетика малая. Термины и определения
  6.  ГОСТ Р от 25 декабря 1998 года № 51238-98
  7.  Биотопливо // Большая российская энциклопедия. Электронная версия. — М., 2016

Ссылки