Альтернативные источники энергии

Введение

Вся современная мировая экономика зависит от богатств, накопленных еще во времена динозавров: нефти, газа, угля и прочих видов ископаемого топлива. Большинство действий в нашей жизни: от поездки в метро до подогревания чайника на кухне, в конечном итоге, требуют сжигания этого доисторического наследства. Основная проблема в том, что эти легкодоступные энергетические ресурсы не возобновляются. Рано или поздно человечество выкачает из земных недр всю нефть, сожжет весь газ и выкопает весь уголь. На чем тогда будем греть чайники?

Не стоит также забывать и об отрицательном экологическом воздействии сжигания топлива. Увеличение содержания парниковых газов в атмосфере приводит к увеличению средней температуры на всей планете. Продукты сгорания топлива загрязняют воздух. Жители крупных городов особенно хорошо на себе это чувствуют.

Все мы задумываемся о будущем, пусть даже это будущее наступит не при нас. Мировое сообщество уже давно осознало ограниченность запасов ископаемого топлива. И отрицательное воздействие их использования на экологию. Ведущие государства уже сейчас внедряют программы постепенного перехода на экологически чистые и возобновляемые источники энергии.

По всему миру человечество ищет и постепенно внедряет замену ископаемому топливу. Уже давно во всем мире работают солнечные, ветряные, приливные, геотермальные и гидроэлектростанции. Казалось бы, что мешает прямо сейчас обеспечить с их помощью все потребности человечества?

На самом деле у альтернативной энергетики много проблем. Например, проблема географического распределения энергетических ресурсов. Ветряные электростанции строятся только в районах, где часто дуют сильные ветра, солнечные – где минимальное количество пасмурных дней, гидроэлектростанции – на крупных реках. Нефть, конечно, тоже есть не везде, но ее доставить проще.

Вторая проблема альтернативной энергетики – нестабильность. На ветряных электростанциях выработка зависит от ветра, который постоянно меняет скорость или вообще затихает. Солнечные электростанции плохо работают в пасмурную погоду и вообще не работают ночью.

Ни ветер, ни Солнце не учитывают нужды потребителей энергии. В тоже время выработка энергии тепло- или атомной электростанции постоянна и легко регулируется. Решить данную проблему может только строительство огромных хранилищ энергии, для создания резерва на случай низкой выработки. Однако это очень сильно удорожает всю систему.

Из-за этих и многих других сложностей замедляется развитие альтернативной энергетики в мире. Сжигать ископаемое топливо по-прежнему проще и дешевле.

Однако если в масштабах мировой экономики альтернативные источники энергии и не дают большой выгоды, то в рамках отдельного дома они могут быть весьма привлекательны. Уже сейчас многие ощущают на себе постоянное увеличение тарифов на электроэнергию, тепло и газ. С каждым годом энергетические компании все глубже залазят в карман обычных людей.

Эксперты международного венчурного фонда I2BF представили первый обзор рынка возобновляемой энергетики. По их прогнозам, через 5–10 лет технологии альтернативной энергетики станут конкурентоспособнее и получат массовое распространение. Уже в настоящее время разрыв в стоимости альтернативной и традиционной энергии быстро сокращается (www.active-house.ru).

Под стоимостью энергии подразумевается цена, которую хочет получить производитель альтернативной энергии, чтобы за время жизни проекта компенсировать свои капитальные расходы и обеспечить доходность в 10% на вложенный капитал. В эту цену также будет включена стоимость долгового финансирования, так как большинствовлечением серьезного рычага заемных средств.

Приведенный график иллюстрирует оценку различных видов альтернативной и традиционной энергетики во II квартале 2011 г. (рис. 1).

Рис. 1.	Оценка различных видов альтернативной и традиционной энергетики

По приведенным цифрам самой низкой стоимостью из всех видов альтернативной энергетики обладает геотермальная энергия, а также энергия, образующаяся при сжигании мусора и свалочного газа. По сути, они уже могут напрямую конкурировать с традиционной энергетикой, но лимитирующим фактором для них служит ограниченное количество мест, где можно реализовать эти проекты.

Для тех, кто хочет получить независимость от капризов энергетиков, кто хочет внести свой вклад в развитие альтернативной энергетики, кто просто хочет немного сэкономить на энергии, и написана эта книга.

Из книги В. Германович, А. Турилин «Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы».

Продолжение читайте здесь

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Солнечная энергетика

Рост мощности солнечной энергетики в мире

Существуют две основные разновидности солнечных электростанций. На станциях первого типа (гелиоконцентраторы) вода нагревается светом, который концентрируется с помощью системы управляемых зеркал. Эти станции достаточно сложны в конструкции. Станции второго типа представляют батарею фотоэлементов. Стоимость фотоэлементов достаточно высока, а КПД не превышает 20 %. Однако такая станция не только проста в конструкции, но в чистой атмосфере, например в горах, практически не требует обслуживания. Сегодня стоимость энергии фотоэлектрических станций существенно ниже, чем гелиоконцентраторов, и продолжает снижаться. Поэтому фотоэлектрические станции занимают доминирующее положение по количеству произведённой энергии и на рынке. Они широко используются и для промышленного производства, и в домохозяйствах.

Недостатками солнечной энергетики по сравнению с ветроэнергетикой являются:

• Жёсткая зависимость вырабатываемой мощности от времени суток..
• Жесткая сезонность в не тропической зоне.
• Нерентабельность в высоких широтах.
• Значительная площадь электростанции.
• Необходимость периодической очистки фотоэлементов.

В связи с этими недостатками, существенными для развития отрасли в отдельно взятой европейской стране, установленные мощности солнечной энергетики сегодня уступают установленным мощностям ветроэнергетики. Стабильность выработки солнечной энергии в качестве основной во все сезоны теоретически могут обеспечить Саудовская Аравия или Египет, но не европейские страны. И даже африканским странам придётся решать проблему ночного энергоснабжения с помощью энергонакопителей.

Тем не менее, солнечная энергетика сегодня также развивается по экспоненте, а её потенциал глобально практически неисчерпаем уже на уровне современных технологий.

Гипотетические возможности

Теоретически покрытие относительно совсем небольшой площади пустынь северной и южной Африки, Америки, Австралии и Азии современными фотоэлементами и объединение этих электростанций в мировую сеть может в избытке обеспечить человечество чистой и, в силу глобальности, стабильной энергией. Для реализации проекта необходимо решение всего двух проблем, одной технической и одной политической. Во-первых, надо обеспечить доставку этой энергии ко всем местам её потребления. Во-вторых, необходимо одно мировое правительство для всего человечества.

Водородная энергетика

Когда-то возможность использования водорода в качестве источника энергии считалась едва ли не панацеей для развития отрасли. Такое отношение определили преимущества водородной  энергетики. Основой получения энергии являются реакции водорода, во время которых выделяется тепло и вода, образуется электричество. Метод экологически чистый. Источник энергии – доступен и неисчерпаем. Водородная энергетика отличается высоким КПД.

Проблема, как всегда, в огромных инвестициях, необходимых для реализации подобных проектов

Еще одной немаловажной проблемой является отсутствие технологий, позволяющих контролировать температуру, образующуюся в ходе водородных реакций. Пока подобные технологии не будут разработаны, о повсеместном применении водорода в качестве источника энергии говорить не приходится

Основные виды альтернативных источников энергии

За последнее время практически перепробовано немало нетрадиционных вариантов получения энергии. Статистика утверждает, что речь пока идет о тысячных долях процента от потенциально возможного использования.

Типичными сложностями, с которыми неизбежно сталкивается на своем пути развитие альтернативных источников энергии, являются полные пробелы в законах большинства стран, касающихся эксплуатации природных ресурсов, как достояния государства. С отсутствием юридической проработки тесно связана проблема неизбежного налогообложения альтернативной энергетики.

Рассмотрим получившие наибольшее распространение 10 альтернативных источников энергии.

Ветер

Энергия ветра использовалась человеком всегда. Уровень развития современных технологий позволяет сделать ее практически бесперебойной.

Электричество при этом вырабатывается с помощью ветряков, похожих на мельницы, специальных устройств. Винт ветряка посредством вращающихся лопастей сообщает кинетическую энергию ветра генератору, производящему ток.

Подобные ветряные станции особенно распространены в Китае, Индии, США, странах Западной Европы. Несомненным лидером этой области считается Дания, являющаяся, кстати, пионером ветроэнергетики: первые установки появились здесь еще в конце XIX века. Дания закрывает этим способом до 25% всей потребности в электроэнергии.

Китай только при помощи ветрогенераторов сумел в конце XX века обеспечить электричеством горные и пустынные районы.

Использование энергии ветра является, пожалуй, наиболее передовым способом энергодобычи. Это идеальный вариант синтеза, в котором соединяются альтернативная энергетика и экология. Многие развитые страны мира постоянно увеличивают долю электроэнергии, полученной этим способом, в своем общем энергобалансе.

Солнце

Попытки использования солнечного излучения для получения энергии также давно предпринимались, на данный момент – это один из самых перспективных путей развития альтернативной энергетики. Сам факт того, что солнце во многих широтах планеты светит круглогодично, передавая на Землю в десятки тысяч раз больше энергии, чем потребляется всем человечеством за год, вдохновляет на активное использование солнечных станций.

Большинство самых крупных станций находятся в США, всего же гелиоэнергетика распространена почти в сотне стран. За основу взяты фотоэлементы (преобразователи солнечного излучения), которые объединяются в масштабные солнечные батареи.

Тепло Земли

Тепло земных глубин преобразуется в энергию и применяется для человеческих нужд во многих странах мира. Тепловая энергетика очень эффективна в районах вулканической активности, местах, где много гейзеров.

Лидерами этой области являются Исландия (столица страны Рейкьявик полностью обеспечивается геотермальной энергией), Филиппины (доля в общем балансе – 20%), Мексика (4%), США (1%).

Ограничение по использованию этого вида источника связано с невозможностью транспортировки геотермальной энергии на расстояния (типичный локальный источник энергии).

В России пока действует одна подобная станция (мощность – 11 МВт) на Камчатке. Ведется строительство новой станции там же (мощность – 200 МВт).

В число десяти наиболее перспективных источников энергии в недалеком будущем входят:

• солнечные станции с базированием в космосе (основной недостаток проекта – гигантские финансовые затраты);
• мускульная сила человека (востребованность, прежде всего – микроэлектроникой);
• энергетический потенциал приливов и отливов (недостаток – высокая стоимость строительства, гигантские колебания мощности за сутки);
• топливные (водородные) контейнеры (необходимость строительства новых заправок, дороговизна машин, которые будут ими заправляться);
• быстрые ядерные реакторы (топливные стержни погружены в жидкий Na) – технология крайне перспективна (возможность повторного использования отработанных отходов);
• биотопливо – уже широко используется развивающимися странами (Индия, Китай), преимущества – возобновляемость, экологичность, недостаток – использование ресурсов, земли, предназначенной для производства сельскохозяйственных культур, выгула скота (удорожание, дефицит еды);
• атмосферное электричество (аккумулирование энергопотенциала молний), основной недостаток – мобильность атмосферных фронтов, скорость разрядов (сложность накопления).

Энергия человека

Здесь речь идет не о том, чтобы человек крутил педали, вырабатывая энергию. Во многих фантастических книгах и фильмах рассказывается о потенциальной энергии, которую может генерировать тело человека.

Существуют два способа получить энергию за счет человеческого тела. Один способ связан с движением, что связано с использованием кинетических устройств.

Второй способ связан с использованием тепла, которое генерируют человеческие тела.

Кинетические устройства обычно пассивны и генерируют электричество, по мере того как человек выполняет обычные движения — ходит, ест, дышит.

Кинетические генераторы уже используются в различных устройствах, включая наручные часы, слуховые аппараты, кардиостимуляторы, а также в ряде прототипов смартфонов.

Эксперты прогнозируют, что кинетические генераторы смогут стать настолько мощными, что будут использоваться для зарядки мобильных телефонов или даже ноутбуков.

Второй способ связан с улавливанием тепла от тела человека с помощью биотермальных устройств. Подобные устройства уже существуют в небольшом количестве и используются для питания энергией кардиостимуляторов. Важным плюсом подобных устройств является то, что для их работы не нужно движение.

Внедрение альтернативных источников энергии в России

Целесообразность и эффективность энергии, полученной при помощи ВИЭ, уже доказана европейским опытом: существуют целые населенные пункты, обеспечивающие внутренние потребности в тепловой и электрической энергии при помощи ВИЭ.

Доля энергии солнца, ветра и других возобновляемых источников энергии в Швеции составляет 55%, в Финляндии – 41%, в Дании – 36% всего энергопроизводства. В Германии за шесть месяцев 2019 года ВИЭ впервые выработали больше энергии, чем угольные и атомные электростанции – 43,7%.

Анализируя такие показатели, игнорировать мировой переход на «зеленую» энергетику уже не получается. Фактически, Правительство России уже готовит инструменты управления сегментом возобновляемых источников энергии, например, проект энергетической стратегии развития страны до 2035 года, главной целью которого является переход сектора энергетики на качественно новый уровень с использованием ВИЭ.

Структура ВИЭ в России и в мире, gisee.ru

Уже создан их правовой допуск на оптовый рынок энергетики – распоряжением Правительства РФ от 28 мая 2013 г. Помимо этого, Россия входит в состав Международного агентства по возобновляемой энергии, что дает нашей стране доступ к мировой практике исследований, разработок и применения ВИЭ.

Что касается политики частных компаний в вопросе реализации стратегии использования возобновляемых источников энергии, она зависит от ресурсных возможностей каждой организации, а также от совокупности внешних социально-экономических и политических факторов. Инструментами для внедрения альтернативных источников энергии в производственный процесс могут стать организационные изменения, обновление инфраструктуры и внедрение технических инноваций, например, частичное внедрение в энергосистему предприятия солнечной энергетики, с целью повышения энергоэффектиности и энергосбережения; установка индивидуальных генераторов, проектирование новых объектов с учетом применения возобновляемых источников энергии.

Россия обладает огромным потенциалом использования ВИЭ, поэтому в последние годы необходимость интенсивного перехода к использованию возобновляемой энергии стала все более активно признаваться в Правительстве.

Мировой опыт показывает достойный пример эффективного использования ВИЭ, однако, в силу географических и экономических характеристик нашей страны, внедрение опыта, аналогичного Западному, невозможен. Поэтому, находясь в составе Международного агентства по возобновляемой энергии, Россия будет постепенно внедрять наиболее успешные технологии в свою энергетическую сферу.

Это коснется, прежде всего, регионов, где погодные условия наиболее пригодны для ВИЭ. В Южном и Северо-Кавказском федеральных округах, а также прибрежных зонах северо-востока страны, Камчатки и Сахалина будет актуально развитие ветроэнергетики. В Калмыкии, Ставропольском и Краснодарском крае, Ростовской, Волгоградской, Астраханской области, Алтае, Приморье, Бурятии, Читинской области – ветроэнергетики.

Альтернативные источники энергии для частных домов

Владельцы частных домов, благодаря использованию альтернативных источников энергии, могут существенно снизить расходы по коммунальным счетам или полностью отказаться от услуг поставщиков газа, электричества и тепла.

Солнечные виды энергетики

Если вы живете в относительно солнечном регионе (не жарком, а солнечном, к таковым может относится даже северный регион), вы можете поставить себе солнечную батарею или биоустановку. Тогда вы обеспечите себя электричеством и теплом.

Так, например, солнечная батарея площадью 1,4 м2 при хорошей освещённости выдаёт 24 В при мощности порядка 270 Вт.

Однако, чтобы создать полноценную систему, не зависящую от внешних факторов, придётся приложить усилия. Необходимо создать целую систему, которая включает в себя: аккумулятор (АКБ) для накопления излишков электроэнергии (задействуется в тёмное время суток и ненастную погоду); контроллер (необязателен, но рекомендован) предназначен для мониторинга уровня заряда АКБ, чтобы не допустить полной разрядки или перезаряда, а также для оптимизации работы солнечных панелей; инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и позволяющий получить напряжение в 220−230 В.

Ветрогенераторы

В основе ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства. Контроллер и инвертор собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов. Такие конструкции как правило устанавливают на возвышенностях и на больших открытых пространствах, даже в море.

Использование силы ветра для получения электричества особенно актуально в тех регионах планеты, где нет возможности использовать другие источники энергии

Установка для получения биогаза

Биогаз – один из экологически чистых альтернативных источников энергии, способ получения которого не оказывает большого влияния на окружающую среду. Этот вид топлива получают путём брожения сырья (отходов человека и животных). Они скапливаются в специальном резервуаре, для переработке которых оно населяется специальными бактериями, которые ускоряют процесс.

Этот вид биотоплива один из самых перспективных. Время «раскачки» зависит от объемов сырья и самой конструкции

В результате подобной переработки вырабатывается горючая смесь (60% метана, 35% углекислоты и 5% прочих видов газов), а также сероводород, который является потенциально опасным для человека. Полученный продукт проходит очистку и по трубам поступает к приборам-потребителям (отопительным котлам, газовым печам и т.д.) или при излишках в накопитель (газгольдер).

Биореактор можно приобрести в специализированных компаниях, заказать или сделать своими руками.

Статья по теме:

Ядерная энергетика

Ядерная энергетика обеспечивает стабильное энергоснабжение и позволяет практически неограниченно наращивать мощности, а при безаварийной работе не наносит ущерба окружающей среде. Эксплуатация атомной станции относительно дёшева, основные затраты идут на строительство. Стоимость строительства сегодня достигла 4000$/кВт в США, 2000$/кВт −4000$/кВт во Франции и 1600$/кВт в Китае. Главный недостаток ядерной энергетики в том, что в случае аварии значительная территория может быть подвергнута долговременному радиоактивному заражению. Поэтому ряд стран, в первую очередь с высокой плотностью населения, взяли курс на свёртывание ядерной энергетики.

Ядерная энергетика в мире. Синий — Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки. Голубой — Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Тёмно-зелёный — Нет АЭС, станции строятся. Светло-зелёный — Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Жёлтый — Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется. Красный — Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества. Чёрный — Гражданская ядерная энергетика запрещена законом. Серый — Нет АЭС.

Отказ от ядерной энергетики

Италия закрыла все имевшиеся АЭС и полностью отказалась от ядерной энергетики. Бельгия, Германия, Испания, Швейцария, Тайвань осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики. Многие другие страны, не имевшие АЭС, отказались от программ развития ядерной энергетики, что привело к сокращению доли ядерной энергетики в производстве энергии. Однако ведущие экономические державы, кроме Германии, не свёртывают ядерную энергетику, а Китай и Индия активно её развивают.

Немецкий энергетический поворот

Валовое производство электричества в Германии, 2004—2016 гг.

Немецкая программа энергетического поворота поставила цель к 2050 году обеспечивать потребности страны в энергии на 80 процентов из возобновляемых источников. В 2013 году 25 процентов потребляемой в стране электроэнергии производилось из возобновляемых источников. Однако цены на электроэнергию выросли и необходимы вложения для строительства новых электросетей.. Правительство Германии освобождает заводы по производству алюминия от «зелёных» наценок за электроэнергию для сохранения их конкурентоспособности.

Хотя рост доли ВИЭ в электроэнергетике значителен, говорить о переходе на возобновляемые источники пока не приходится. В 2016 году по сравнению с 2004 ВИЭ компенсировали сокращение ядерной энергетики, но доля потребления угля сократилась незначительно, а доля потребления газа даже выросла, ВИЭ включают в себя и сжигание биомассы. Таким образом, основная цель перехода на ВИЭ — сокращение выброса в атмосферу углекислого газа не достигнута.

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Концепт громовой электростанции

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

Ещё много интересного в наших соцсетях

Подробнее: Интересные изобретения Николы Теслы

6 место. Грозовая энергетика

Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.

Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.

Концепт громовой электростанции

Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.

Ещё много интересного в наших соцсетях

Подробнее: Интересные изобретения Николы Теслы

Энергетика ВИЭ

Очевидными достоинствами ВИЭ являются безопасность, экологичность и практическая неисчерпаемость потока энергии. Однако, ВИЭ имеют и существенные недостатки. Это нестабильность, локальность и сезонность

Нестабильность это основная проблема возобновляемых источников. Выработка энергии ветра и солнца сильно зависит от погоды, которая неуправляема и в долговременном плане непредсказуема. Поток солнечной энергии зависит от времени суток. Поэтому когда доля «альтернативной энергии» достигает существенной величины в общей выработке энергии, возникает проблема её накопления во время пиковой выработки и компенсации потерь во время безветренной или пасмурной погоды и ночью. Например, Дания, которая сегодня более 40 % электроэнергии генерирует ветрогенераторами решает проблему стабильности с помощью соседей. В ветреную погоду энергия накапливается с помощью подъёма воды на специальных норвежских и шведских гидроузлах в верхние водохранилища. В тихую погоду эти гидроузлы работают как ГЭС и возвращают энергию. Германия в ветреные и солнечные дни сбрасывает избыток энергии в Польшу и Чехию. Однако пиковые нагрузки уже создают проблемы для энергосетей этих стран. Для дальнейшего увеличения доли возобновляемой энергии необходима модернизация электросетей в Европе и развитие мощной системы энергонакопителей, в качестве которых сегодня выступают в основном обычные и специализированные гидроэлектростанции. Если выработка альтернативной энергии во всей Европе станет сопоставимой с выработкой энергии традиционной энергетикой, то нестабильность станет проблемой для всей энергосистемы. Технические пути решения этой проблемы пока не ясны, но её решение, безусловно, потребует новых затрат.

Локальность ветроэнергетики связана с тем, что мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра. При падении скорости в два раза мощность падает в восемь. Примерно также меняется и себестоимость энергии. Поэтому при современном развитии технологий ветрогенераторы рентабельно размещать только на побережье океанов и открытых морей, где постоянно дуют сильные ветры. Локальность солнечной энергетики связана с тем, что суммарный поток солнечной энергии сильно зависит от широты размещения станции и числа солнечных дней в данной местности.

Сезонность ВИЭ связана с тем, что поток солнечной энергии, а иногда и средняя скорость ветра зависят от времени года.

Цель — водород

Первой страной, которая сформулировала «водородную стратегию» стала Япония в 2017 году. За ней последовали и другие развитые страны. В 2019 году стратегии появились у Южной Кореи и Австралии, в 2020 году сразу у нескольких стран ЕС, от Голландии и Великобритании до Португалии и Франции. А 12 октября 2020 к этому списку стран присоединилась и Россия.

Так как с ходу перейти к «зелёной» энергетике не получится, программы предусматривают промежуточные меры. В первую очередь, это использование для перевозки и хранения водорода газовой инфраструктуры. Например, добавление 20% водорода к природному газу приведет к снижению выбросов СО2 на 7%.

Другой целью стал транспорт. В норвежской стратегии подчеркивается, что число электромобилей и автомобилей с водородными топливными ячейками должно достигнуть 50 тысяч к 2024 году. Их покупка не облагается НДС, а владельцы не обязаны платить транспортный налог до 2023 года. А Нидерланды планируют в ближайшие пару десятилетий перевести весь общественный транспорт на «водородную» тягу. Помимо этого, разрабатываются многочисленные варианты турбин, работающих на смеси природного газа и/или водорода. По такому же пути идут и другие страны, включая Германию.

Вывод

Пандемия еще далека от завершения, и в зависимости от того, насколько быстро мировая экономика оправится от кризиса, это окажет влияние на будущие изменения в энергетическом балансе. Для достижения чистого нулевого уровня глобальных выбросов в 2050 году (как это предусмотрено в случае NZE2050) в течение следующих десяти лет потребуется принять ряд более радикальных дополнительных мер.

Например, чтобы сократить выбросы на 40 процентов к 2030 году, к 2030 году почти 75 процентов мирового производства электроэнергии должно быть произведено из источников с низким уровнем выбросов, а более 50 процентов легковых автомобилей, продаваемых во всем мире, должны быть электрическими в 2030 году (по сравнению с 2,5 процентами в 2019 году).

В этом случае основное внимание будет уделяться электрификации, массовому повышению эффективности и изменениям в поведении. Не менее важны инновации в широком спектре технологий, от водородных электролизеров до небольших модульных ядерных реакторов. Это означает, что необходимы значительные усилия со стороны правительств, энергетических компаний, инвесторов и граждан