Альтернативные источники энергии — ближайшее будущее или несбыточные проекты?

Нетрадиционная энергетика занимается поиском источников энергии, отличных от привычных, классических. Её основная цель — со временем обеспечить населению Земли ресурсы, использование которых позволит не думать об истощении природных запасов и не наносить вреда окружающей среде.

Вторая половина XIX века ознаменовалась для человечества небывалым техническим прорывом. С этого момента люди начали активно потреблять природные энергетические залежи: нефть, газ, уголь. Подсчитано, что, если не снизить уровень потребления нефти, то всего лишь через 50 лет она станет дефицитом. Необходимо искать новые возможности выработки энергии, чтобы полвека спустя не оказаться в состоянии глобального энергетического кризиса.

Виды альтернативных источников энергии

В большинстве регионов человек не может существовать без тепловой и электрической энергии, обеспечивающей его жизнедеятельность; без неё невозможно развитие индустрии и цивилизации вообще. Есть три главных требования, которым должен отвечать источник альтернативного питания. Он должен быть:

• возобновляемым;
• экономичным;
• экологичным.

Солнечные батареи (фотоэлектрические модули)

Учёные давно задумывались о том, как использовать энергию Солнца, и в середине XX века это вылилось в изобретение кремниевых солнечных панелей (батарей). Они преобразовывают солнечный свет в электричество, работая бесшумно и экологично, а использовать их можно практически везде.

Главный минус фотоэлектрических модулей — высокая стоимость вырабатываемого электричества: оно почти вдвое дороже энергии, полученной традиционными способами, за счёт размеров, цены кремниевых панелей и с учётом их сравнительно невысокой производительности.

Несмотря на то, что солнечные батареи пока не слишком выгодны, прогнозы оптимистичны: вскоре их стоимость снизится и экологически чистая энергия станет доступна многим.

Солнечные коллекторы

В отличие от солнечных батарей, коллекторы — гелиоустановки — собирают тепловую энергию Солнца. Они нужны главным образом для обеспечения тепла в домах и на производствах, горячего водоснабжения. Коллекторы бывают:

• вакуумными трубчатыми;
• плоскими высокоселективными;
• воздушными и открытыми (самый простой вариант, использующийся в быту в южных регионах).

Ввиду разницы конструкций отличаются и качества высокотехнологичных систем:

• у вакуумных значительно ниже теплопотери;
• плоские заметно дороже в производстве и установке;
• вакуумные значительно проще монтировать.

Ветрогенераторы

Ветряки все видели как минимум на фотографиях — гигантские пропеллеры на высоких столбах. Одна такая 50-метровая вышка способна вырабатывать 50 кВт/ч.

Ветрогенератор состоит из:

• основы с поворотной платформой;
• пропеллера, соединённого с генератором;
• преобразующего ток аккумулятора.

В 1931 году по проекту изобретателя Уфимцева в Курске была возведена первая в мире ветроэлектростанция с инерционным аккумулятором.

Стоимость энергии, выработанной таким образом, примерно равна цене на электричество, получаемое от теплоэлектростанций, с той разницей, что воздушные потоки — бесконечный ресурс, а процесс их обработки не сопряжён с выбросом токсичных веществ в атмосферу.

Недостаток ветряков — наилучшую производительность они демонстрируют только на открытых пространствах (к примеру, в степи), где высотные здания не мешают свободному распространению воздуха. Установленные в городе, ветряные вышки теряют 30–40 % эффективности.

Гидроэнергия

Альтернативная гидроэнергетика представлена в основном тремя типами установок:

• малыми;
• волновыми;
• приливными гидроэлектростанциями.

Малые ГЭС плохо подходят для промышленного использования ввиду их небольшой мощности, но вполне могут обеспечить электричеством несколько домов. Они вырабатывают практически бесплатную энергию, а выработка не зависит от причуд погоды, как в случае с солнечными батареями и ветряными вышками.

Малые гидростанции могут быть:

• колёсными;
• пропеллерными;
• роторными (на основе ротора Дарье, вращающегося благодаря разнице давлений на лопастях);
• водопадными (они не распространены в России, потому что у нас мало водопадов).

При желании и минимальном знании физики ГЭС-самоделку можно установить даже у себя на загородном участке. Она не потребует перекрытия русла реки и формирования водохранилища.

Волновая энергетика

Волновая станция — плавучее сооружение, использующее неисчерпаемую энергию волн, потенциально очень энергоёмкое. ВЭС дороги в изготовлении и установке, хрупки (поскольку чаще всего не рассчитаны на шторма), однако получаемая с их помощью электроэнергия практически бесплатна. В России существует пока единственный такой проект — возле мыса Шульц в Приморье.

Энергия приливов и отливов

Приливы и отливы вызываются активностью Луны, поэтому такие альтернативы классическим ГЭС можно называть лунными. Они очень бережно относятся к морским обитателям и дну, в отличие от обычных электростанций, вызывающих массовую гибель планктона. Производительность приливных станций неравномерна, но это не особенно критично, поскольку они — лишь часть большой энергосистемы.

В нашей стране есть только одна ПЭС — построенная в 1968 году Кислогубская в акватории Баренцева моря. Она обеспечивает электричеством посёлок с пятитысячным населением.

Энергия температурного градиента

На разных глубинах Мирового океана температура воды отличается, часто значительно, поскольку солнечные лучи нагревают только верхние слои воды, практически не попадая в её толщу. По сути, Мировой океан — самый крупный в мире природный коллектор, накапливающий энергию. Работа электростанций основана на переносе тепла с одновременным выделением энергии — её выработается тем больше, чем сильнее температурные различия.

Электростанции, эксплуатирующие температурный градиент, разрабатывались с конца XIX века, однако до сих пор функционируют по большей части в экспериментальном режиме, обеспечивая энергией главным образом самих себя. Тем не менее, перспективы у отрасли есть, поскольку научное сообщество обеспокоено грядущим истощением природных запасов и активно ищет альтернативные источники энергии.

Энергия жидкостной диффузии

Осмотическая энергостанция использует принцип диффузии жидкостей (осмоса). Она может быть установлена только в месте, где пресная вода вливается в солёную, то есть в устьях рек. В специальном резервуаре они смешиваются, что вызывает повышение давления в отсеке с морской водой, в результате чего вращается гидротурбина.

Осмотическая станция — непрерывный возобновляемый источник энергии, существующий в мире в единственном экземпляре — в городе Тофте в Норвегии. Сейчас она тестируется, но в ближайшее время планируется её коммерческий запуск — она будет осуществлять энергоснабжение предприятий.

Геотермальная энергия

Геотермальная альтернативная энергетика использует тепловую энергию недр Земли, запасы которой практически бесконечны — людям остаётся лишь изобрести способ добывать её оттуда.

Альтернативная энергия земных недр подразделяется на:

• петротермальную — энергию сухих горных пород;
• гидротермальную — жидкостную.

Геотермальные источники располагаются на территории многих государств и используются для энергоснабжения в Новой Зеландии, Исландии, Италии, Мексике, Китае, Индонезии, Японии и др.

Такие станции не выбрасывают вредные вещества в атмосферу, не зависимы от сезона и погоды, эффективны и не требуют много места, но, кроме преимуществ, имеют и недостатки:

• они требуют бурения скважин глубиной в несколько километров;
• в воде присутствуют токсины и радиоактивные элементы, а обратная её закачка сложна и не всегда целесообразна;
• наблюдаются большие теплопотери при транспортировке и добыче;
• есть данные, что эксплуатация скважин провоцирует сейсмическую активность.

Биотопливо

Биотопливо — современная альтернатива нефтяным продуктам. Это отходы быта и производства, подготовленные к утилизации путём сжигания. Они могут быть твёрдыми (брикетированное и пеллетированное древесное сырьё, отходы сельхозпродукции), жидким (биоэтанол, биодизель и др., в основном используется как горючее для двигателей внутреннего сгорания и энергокомплексов), газообразным (газ, получаемый в результате разложения отходов при помощи бактерий).

Биотопливо считается более экономным и экологичным, чем традиционное, но журнал Science не разделяет общего энтузиазма: авторы критики считают, что введение платы за выбросы углекислого газа от ископаемого горючего при игнорировании вреда от биотоплива приведёт к повальному уничтожению лесных угодий, которые будут вырубаться ради переработки в древесные пеллеты.

Использование

По большей части альтернативные источники электричества по всему миру работают в тестовых режимах, хотя кое-где уже обеспечивают нужды промышленности. Многие страны планируют ввести свои нетрадиционные электро- и теплостанции в массовую эксплуатацию в течение ближайших лет, поскольку обеспокоены истощением ресурсов газа, нефти и угля и тем ущербом, который электроэнергетика наносит окружающему миру.

Обширные возможности предоставляют нестандартные источники тепла и света частному хозяйству. Уже сейчас домовладелец может существенно снизить расходы на коммунальные услуги, если начнёт пользоваться:

• ветряком для электропитания ламп, который можно собрать самостоятельно в собственном гараже;
• солнечным коллектором для отопления помещений;
• возможностью получать газ из отходов сельскохозяйственной продукции и растительного мусора.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии

Несмотря на то, что альтернативные источники питания часто дороги и трудоёмки в производстве и вводе в эксплуатацию, когда будут построены, они на долгие годы станут энергоцентрами, бесперебойно поставляющими людям дешёвые и экологичные свет и тепло. В Российской Федерации сейчас доля нетрадиционных заменителей классических ЭС — менее 5 %, но в планах правительства постепенно повышать этот показатель.

Есть множество регионов, перспективных с точки зрения расположения:

• Кавказ, Краснодарский край, Дальний Восток могут стать отличными «донорами» солнечной энергии;
• на Чукотке, Камчатке и других побережьях удобно устанавливать ветровые и гидроэлектростанции.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

О плюсах и минусах лучше говорить применительно к каждой альтернативе для получения электричества и тепла по отдельности, но есть и общие тенденции. В большинстве своём новые методы:

• наносят меньше урона природе в сравнении с классическими;
• более перспективны за счёт возобновляемости;
• в будущем, когда их использование будет налажено, будут обходиться дешевле;
• более безопасны: при их использовании невозможна авария, подобная произошедшей в 1986 году в 4-м энергоблоке ЧАЭС.

Сейчас альтернативная энергетика проходит стадию ввода в эксплуатацию и тестирования новых установок, поэтому они почти не распространены и очень дороги. Кроме того, существует проблема нестабильности (это относится к установкам, зависящим от сезонности и погоды), но этот вопрос можно будет решить за счёт массового использования разных способов выработки энергии совместно.

Недостатки и проблемы

Главный недостаток энергостанций нового поколения (кроме гидро-) — пока ещё низкие мощности и выработка, недостаточная для обеспечения ресурсами одной станции больших поселений и предприятий. Эту проблему можно будет решить только после того, как производство и монтаж установок будут поставлены на поток.

В обозримом будущем человечеству, скорее всего, не удастся полностью перестать использовать невозобновляемые природные ресурсы, но, если получится хотя бы на 50 % заменить их экологичными и экономичными альтернативными, — это уже можно будет считать успехом.

Отзывы

Олег, г. Курган

Для начала можно купить энергосберегающие светильники, таким образом электричества будет тратиться меньше, это актуально при использовании солнечных батарей. Интересно, бывают ли они беспроводными.

Алексей, г. Пермь

Солнечные батареи выглядят внушительно, но они не слишком-то эффективны. Хотя, наверное, прогресс есть, потому что пару десятилетий назад они почти вообще ничего не вырабатывали.

https://youtu.be/YYfrj3g50Co