Альтернативные источники энергии что к ним. Природа даёт добро: что такое альтернативные источники энергии и как их использовать с пользой для себя. Назначение альтернативных источников энергии

Отправим материал вам на e-mail

В современном быстро развивающемся мире борьба за энергетические ресурсы между развитыми странами является приоритетом внешней политики многих государств, потому быть энергетически независимым − это значит, быть свободным в экономическом и политическом плане. Кроме этого, едва ли не на первом месте у технически развитых стран, стоит вопрос об экологической безопасности нашей планеты, о чём свидетельствует Парижское соглашение о климате от 2015 года и ещё целый ряд международных документов. В контексте этих решений, а также в связи с уменьшением запасов традиционных источников энергии (газ, нефть, уголь и прочие) многие государства начинают всё более активно развивать альтернативные, возобновляемые источники энергии. Что такое альтернативные источники энергии, их виды и способы использования, можно ли сделать своими руками – это тема сегодняшнего обзора.

Альтернативные источники энергии безопасны для экологии нашей планеты

Если сформулировать кратко, то альтернативными источниками энергии являются возобновляемые, экологические ресурсы, при преобразовании которых получается электрическая и тепловая энергия, используемая человеком для собственных нужд. Нетрадиционные источники получения электроэнергии − солнце и вода, ветер и геотермальные воды, тепла – земля и солнце.

Виды альтернативных источников энергии

Развитие зелёной энергетики обусловлено развитием технологий, позволивших с большей эффективностью использовать возобновляемые источники энергии, о которых следует поговорить отдельно.

Солнечная энергия

Солнце – это неисчерпаемый источник энергии, который может обеспечить теплом и электричеством всех жителей нашей планеты, однако, для преобразования этой энергии необходимо наличие специальных технических устройств.

• Электрическая энергия.

Для получения электричества необходима электростанция, основным элементом которой является солнечная батарея (панель). Принцип работы такого устройства (панели) основан на преобразовании солнечного излучения в электрическую энергию, которое происходит при попадании света на фотоэлементы, из которых она и состоит. Электрический ток образуется за счёт создания разности потенциалов внутри фотоэлемента и обусловлен физическими процессами, связанными с «p-n» проводимостью кремний содержащих материалов. Принцип работы солнечной батареи приведён на следующем рисунке.

Для работы подобной электростанции, кроме , потребуется ещё ряд технических устройств:

• контроллер – обеспечивает работу электростанции в автоматическом режиме, обеспечивая заряд аккумуляторных батарей;
• аккумуляторная батарея – является накопителем энергии, выработанной солнечной панелью;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, используемое для подключения бытовых приборов;
• соединительные провода , а также приборы защиты и автоматики.

• Тепловая энергия.

Для получения тепловой энергии, которую можно использовать для отопления и горячего водоснабжения, необходимо наличие технических устройств, называемых солнечными коллекторами.

Подобные агрегаты бывают двух типов: плоские и вакуумные. Различаются по конструкции, но по принципу работы схожи между собой. Функция подобных устройств заключается в поглощении энергии солнца и преобразовании её в тепловую энергию, которая, в свою очередь, передаётся теплоносителю в контуре отопления или воде, идущей для горячего водоснабжения потребителей. Для работы данной системы потребуется также циркуляционный насос и бак-накопитель (бойлер), запорная и регулировочная арматура, а также системы автоматики и контроля.

Энергия ветра

Ветер также может служить источником получения электрической энергии, а так как он дует практически всегда и везде, что обусловлено «дыханием» нашей планеты, то и запасы его неисчерпаемы.

Сложности получения электрической энергии из кинетической энергии ветра заключаются в его непостоянстве, разнонаправленности и различной величине силы воздушных потоков. Для получения электричества при помощи энергии ветра необходимо наличие ветрогенератора (ветровой энергетической установки).

Ветрогенраторы бывают различных типов:

• с вертикальной осью вращения – роторные, лопастные и ортогональные;
• с горизонтальной осью вращения – крыльчатые, турбинные и барабанные.

Разные модели отличаются по скорости вращения лопастей (тихоходные и скоростные) и барабанов, высоте установки и техническим характеристикам. Для работы ветровой установки в системе электроснабжения необходим комплект оборудования, аналогичный тому, что используется с солнечными батареями (контроллер, инвертор).

Статья по теме:

В публикации мы рассмотрим принцип работы и виды ветряков, особенности сборки устройства из стиральной машины и автомобильного генератора, полезные советы и рекомендации специалистов.

Энергия воды

На планете Земля вода занимает большую часть её поверхности − это моря и океаны, озёра и реки, искусственные водохранилища и прочие водоёмы.

Энергию воды человек научился использовать уже давно, и изначально это была механическая, получаемая в результате движения водной среды. Её потоки приводили во вращение жернова мельницы или иного механического устройства, а человек только регулировал скорость их вращения. В дальнейшем данный вид энергии люди стали использовать для генерации электрической энергии, как на реках с быстрым течением, так и в морях – за счёт приливов и отливов, «функционирующих» с постоянной точностью. Для выработки электрической энергии используются специальные турбины, помещаемые в водную среду, вал которых соединён с генератором, вырабатывающим электрический ток. Потоки воды, направленные на лопасти турбины, вращают её, и это движение передаётся генератору, и, как следствие, вырабатывается электрический ток.

В приливных станциях работа осуществляется аналогично, с той лишь разницей, что потоки воды движутся разнонаправленно, что вызвано цикличностью периодов «прилив−отлив».

Энергия земли

Энергия нашей планеты также используется человеком для своих нужд, с её помощью можно обогреть дом или подогреть воду, а также осуществить производство электрической энергии.

• Геотермальная энергетика.

В отдельных регионах нашей планеты внутреннее тепло просто вырывается наружу, что выражается в сейсмической активности, извержениях вулканов и наличии гейзеров. В таких местах вопросы отопления и горячего водоснабжения решаются достаточно просто и не требуют особого описания, а про генерацию электричества подобным образом знают не все.

Для получения электрической энергии сооружается геотермальная электрическая станция, в которой источником энергии служит паровая турбина, приводимая во вращение паром, получаемым или преобразуемым за счёт тепловой энергии земли.

Виды и способы преобразования пара могут быть различными, что обусловлено глубиной залегания геотермальных вод и их химическими характеристиками, а также тепловыми показателями.

• Тепловой насос.

Тепловой насос − это техническое устройство, позволяющее использовать тепло различных естественных источников для отопления и горячего водоснабжения.

Существует несколько типов таких агрегатов, различающихся по первичному источнику энергии и способу её передачи потребителю: «воздух−вода» и «воздух–воздух», «вода–вода» и «вода–воздух», а также «земля–вода».

Работа теплового насоса «вода–вода», приведённого на рисунке, осуществляется следующим образом:

• в , расположенную рядом с загородным домом, помещается наружный контур, в котором циркулирует теплоноситель;
• в здании помещается , к которому подключается наружный контур;
• при прохождении через насос теплоноситель наружного контура отдаёт своё тепло хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса, при этом хладагент испаряется;
• внутренний контур здания также подключается к тепловому насосу, и по нему тоже циркулирует теплоноситель;
• хладагент, циркулируя по тепловому насосу, попадает на испаритель, где и происходит его испарение, при этом тепловая энергия, выделяющаяся в этот момент, передаётся теплоносителю контура отопления или ГВС здания.

Статья по теме:

даёт возможность экологично, безопасно и бесплатно согреть батареи. Принцип его работы и устройство, критерии выбора, обзор производителей и моделей - читайте в публикации.

Биотопливо

Всем известным видом биотоплива являются дрова, но в силу того, что леса есть не во всех регионах, да и использовать их надо очень осторожно, то их в чистом виде не стоит рассматривать как альтернативное и легко восстанавливаемое топливо.

К альтернативным и возобновляемым видам источников энергии относятся следующие виды биотоплива:

• твёрдое – топливные брикеты и гранулы (пеллеты), изготавливаемые из опилок и отходов деревообрабатывающих производств, торф;
• жидкое – биоэтанол и биобутанол, биометанол и биодизель;
• газообразное – биогаз и биоводород.

Топливные брикеты и пеллеты изготавливаются на специальном оборудовании, а для их сжигания используются , оборудованные специальными колосниковыми решётками, обеспечивающими их горение.

Жидкое топливо получают на специальных предприятиях путём переработки исходного растительного сырья. Биогаз также производится с помощью переработки органических отходов и может быть использован для производства электрической и тепловой энергии. Для этого полученный газ сжигается, а полученное тепло расходуется на теплоснабжение и ГВС, а также на получение пара, обеспечивающего работу специальной турбины, вырабатывающей электрический ток.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Практически все выше перечисленные источники альтернативной энергии могут быть использованы для частного дома или иного сооружения, исключением может быть только производство жидкого биотоплива, что обусловлено высокой стоимостью оборудования, необходимого для его производства. Установки альтернативных источников энергии, используемые для личного потребления, могут выглядеть по-разному, ниже приведены примеры уже реализованных проектов возобновляемых энергетических установок:

• Солнечная энергетика.

Солнечные электростанции выпускаются в нашей стране и многих технически развитых странах мира. Разные модели отличаются по техническим характеристикам, срокам эксплуатации и стоимости, в связи с чем, всегда есть возможность выбрать станцию в соответствии с необходимостью и финансовыми возможностями. Вот некоторые варианты, успешно реализованные на отечественном рынке.

Отзыв о модели солнечной электростанции «Аbi-solar» мощностью 7,5кВт:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4483104.html

Солнечные коллекторы также используются в нашей стране для отопления и горячего водоснабжения домов, но это направление наиболее развито в южных регионах, где климат позволяет пользоваться подобными установками практически круглый год.

Вот некоторые варианты такого применения.

Отзыв о гелиосистеме «Атмосфера», созданной на базе коллектора «СВК-Nano-30»:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4503734.html

• Ветровые установки.

Ветрогенераторы менее распространены среди рядовых потребителей, чем солнечные электростанции, причиной тому является малая ветровая нагрузка в наиболее заселённых регионах нашей страны. Тем не менее, в сети Интернет можно найти фотографии и отзывы об успешном использовании подобных установок.

Отзыв об использовании ветровой электростанции:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_98896.html

• Тепловой насос.

С данным видом оборудования мало кто знаком, но постепенно, в связи со снижением стоимости тепловых насосов, они потихоньку завоёвывают рынок альтернативных источников энергии. Вот некоторые успешно реализованные проекты.

• Получение биогаза.

Получением биогаза можно заняться, имея загородный дом, но при этом следует помнить о соблюдении температурного режима при его производстве и неприятном запахе, образующемся при брожении биомассы. Подобные установки могут себе позволить жители южных регионов, занимающиеся сельским хозяйством, т.к. именно отходы сельскохозяйственных культур служат сырьём при производстве данного вида альтернативного топлива.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии − это вопрос, интересующий многих энергетиков, экологов и просто активных граждан нашей страны, и ответ однозначный – ДА, будущее есть. В нашей стране в 2009 году была принята и успешно реализуется программа развития альтернативной энергетики в России, сформулированная как «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года». Кроме этого, государство оказывает помощь предприятиям при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии. Создаются на законодательном уровне экономические рычаги, способствующие распространению «зелёной» энергетики, выражающиеся в установлении льготных тарифов и финансовой помощи при строительстве, налоговых льготах и компенсации части кредитных затрат на строительство.

Одним из примеров такой помощи является внедрение так называемого «зелёного тарифа» на электрическую энергию. Суть его заключается в том, что значения данного тарифа выше, чем у электроснабжающих организаций, таким образом, государство стимулирует развитие альтернативной энергетики на конкретной территории. Тариф позволяет индивидуальным пользователям и предприятиям, имеющим альтернативные энергетические установки, частично компенсировать затраты на их приобретение и монтаж путём реализации излишков выработанной электрической энергии во внешнюю сеть по более высоким ценам. В настоящее время правительством России утверждены Правила такой реализации и подготовлены проекты Постановлений, определяющих условия предоставления «зелёного тарифа». Закон, в соответствии с которым, будет осуществляться подобная деятельность, находится в разработке в Минэнерго, Минэкономразвития и ФАС и должен быть представлен для рассмотрения в Государственную Думу в 2018 году.

Альтернативная энергетика для дома своими руками

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики:

• солнечная генерация – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, при этом используя фотоэлементы заводского производства, собрать контроллер и инвертор, а также изготовить солнечный коллектор;
• ветровые установки – электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются аналогично, как и для солнечных станций, из запасных частей заводского производства, а ветрогенератор достаточно легко изготавливается из подручных материалов и запасных частей от автомототехники;
• микро-ГЭС – также можно изготовить из авто-, мотозапчастейи имеющихся материалов, единственным условием успешного строительства будет наличие водоёма, куда следует поместить турбину;
• биогазовая установка – способен собрать любой сельский житель, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу её брожения.

Видео: альтернативная энергия для частного дома

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Альтернативные источники энергии — это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, геотермальная энергия Земли.

Ветряные мельницы давно используются человеком в качестве источника энергии. Однако они эффективны и пригодны только для мелкого пользователя. К сожалению, ветер пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток — временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.

Первые ветряные электрогенераторы были разработаны еще в 90-х гг. XIX в. в Дании, а уже к 1910 г. в этой стране было построено несколько сот мелких установок. Еще через несколько лет датская промышленность получала от ветряных генераторов четверть необходимой ей электроэнергии. Их общая мощность составила 150-200 МВт.

В 1982 г. на китайском рынке было продано 1280 ветряных турбин, а в 1986 г. — 11 000, что позволило обеспечить электричеством те районы Китая, в которых раньше его никогда не было.

В начале XX в. в России насчитывалось 250 тыс. крестьянских ветряных мельниц мощностью до 1 млн кВт. Они перемалывали 2,5 млрд пудов зерна на месте, без дальних перевозок. К сожалению, в результате бездумного отношения к природным ресурсам в 40-х гг. прошлого века на территории бывшего СССР была разрушена основная часть ветряных и водяных двигателей, а к 50-м гг. они почти совсем исчезли как «отсталая техника».

В настоящее время солнечную энергию используют в некоторых странах в основном для отопления, а для производства энергии — в очень незначительных масштабах. Между тем мощность солнечного излучения, достигающего Земли, составляет 2 х 10 17 Вт, что более чем в 30 тыс. раз превышает сегодняшний уровень энергопотребления человечества.

Различают два основных варианта использования энергии Солнца: физический и биологический. При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. При биологическом варианте используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Этот вариант годится для стран с относительно большими запасами леса. Например, Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до трети необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около 1 млн га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, такие как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота этого дерева около 4 м, диаметр стволика — более 6 см).

Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии требуют значительных затрат. В феврале 1983 г. американская фирма «Арка Солар» начала эксплуатировать первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 МВт. Возведение таких электростанций — дорогое удовольствие. Сооружение солнечной электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность — около 10 мМВт), обойдется в 190 млн дол. Это в четыре раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и соответственно в три раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее специалисты по изучению солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии Солнца цены на нее значительно снизятся.

Вероятно, будущее энергетики — за ветряной и солнечной энергией. В 1995 г. в Индии приступили к реализации программы по выработке энергии с помощью ветра. В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском союзе — 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. В настоящее время наибольшего развития ветроэнергетика достигла в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в Калифорнии 15 тыс. ветряков). Энергия, получаемая с помощью ветра, может постоянно возобновляться. Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки земного шара. К примеру, 1600 жителей острова Дезират в Гваделупе пользуются электричеством, которое вырабатывают 20 ветряных генераторов.

Из чего еще можно получать энергию, не загрязняя окружающую среду?

Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. В обычном портовом волноломе оставляют отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а следовательно, и давление остающегося в отверстиях воздуха. «Выдавливаемый» наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие электростанции могут использовать до 45 % энергии приливов.

Волновая энергия представляется довольно многообещающей формой из новых энергоисточников. Например, на каждый метр волнового фронта, окружающего Британию со стороны Северной Атлантики, в среднем приходится 80 кВт энергии в год, или 120 000 ГВт. Существенные потери при переработке и передаче этой энергии неизбежны, и, по-видимому, лишь третья ее часть может поступать в сеть. Тем не менее оставшегося объема достаточно для того, чтобы обеспечить всю Британию электричеством на уровне существующей нормы потребления.

Привлекает ученых и использование биогаза, который представляет собой смесь горючего газа — метана (60-70 %) и негорючего углекислого газа. В нем обычно присутствуют примеси — сероводород, водород, кислород, азот. Образуется биогаз в результате анаэробного (бескислородного) разложения органики. Этот процесс в природе можно наблюдать на низинных болотах. Воздушные пузырьки, поднимающиеся со дна заболоченных участков, это и есть биогаз — метан и его производные.

Процесс получения биогаза можно разделить на два этапа. Вначале с помощью анаэробных бактерий из углеводов, белков и жиров образуется набор органических и неорганических веществ: кислоты (масляная, пропионовая, уксусная), водород, углекислота. На втором этапе (щелочном или метановом) подключаются метановые бактерии, которые разрушают органические кислоты с выделением метана, углекислого газа и небольшого количества водорода.

В зависимости от химического состава сырья при сбраживании выделяется от 5 до 15 кубометров газа на кубометр перерабатываемой органики.

Биогаз можно сжигать для отопления домов, сушки зерна, использовать в качестве горючего для автомобилей и тракторов. По своему составу биогаз мало отличается от природного газа. Кроме того, в процессе получения биогаза остаток брожения составляет примерно половину органических веществ. Его можно брикетировать и получать твердое топливо. Однако в хозяйственном отношении это не слишком рационально. Остаток брожения лучше использовать в качестве удобрения.

1 м 3 биогаза соответствует 1 л жидкого газа или 0,5 л высококачественного бензина. Получение биогаза даст технологическую выгоду — уничтожение отходов и энергетическую выгоду — дешевое горючее.

В Индии для получения биогаза используется около 1 млн дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн. С точки зрения экологии биогаз имеет огромные преимущества, так как он может заменить дрова, а следовательно, сохранить лес и предотвратить опустынивание. В Европе ряд установок по очистке городских сточных вод удовлетворяет свои энергетические потребности за счет производимого ими биогаза.

Еще одним альтернативным источником энергии является сельскохозяйственное сырье: сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, топинамбур и др. Из него методом ферментации в некоторых странах производят жидкое топливо, в частности этанол. Так, в Бразилии растительную массу преобразуют в этиловый спирт в таких количествах, что эта страна удовлетворяет большую часть своих потребностей в автомобильном топливе. Сырье, необходимое для организации массового производства этанола, — это в основном сахарный тростник. Сахарный тростник активно участвует в процессе фотосинтеза и производит на каждый гектар обрабатываемой площади больше энергии, чем другие культуры. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн т, что соответствует 5,6 млн т бензина самого высокого качества. В США производится биохол — горючее для автомобилей, содержащее 10 % этанола, полученного из кукурузы.

Тепловую или электрическую энергию можно добывать за счет тепла земных глубин. Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.

Геотермальная энергия используется в широких масштабах в США, Мексике и на Филиппинах. Доля геотермальной энергии в энергетике Филиппин — 19 %, Мексики — 4 %, США (с учетом использования для отопления «напрямую», т.е. без переработки в электрическую энергию) — около 1 %. Суммарная мощность всех геоТЭС США превышает 2 млн кВт. Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии — Рейкьявик. Уже в 1943 г. там были пробурены 32 скважины на глубине от 440 до 2400 м, по которым к поверхности поднимается вода с температурой от 60 до 130 °С. Девять из этих скважин действуют по сей день. В России, на Камчатке, действует геоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт.

Правильный подбор и грамотная эксплуатация альтернативных источников энергии в современных условиях позволит на 70-90% отказаться от закупки газа, тепловой энергии, возможно, и электричества. Существует достаточно много вариантов использования энергии окружающей среды, но работать с ней не так просто, как может показаться на первый взгляд. Потребуется выполнить максимально точный расчет параметров альтернативного энергоснабжения, учесть климатический пояс, месторасположение дома, плотность застройки и, главное, объем финансовых средств, которые можно было бы вложить в проект.

Виды альтернативной энергетики

Сразу нужно сделать оговорку: возможность полностью перейти на альтернативные источники энергии для частного дома вполне реализуема, но только в том случае, если энергообеспечение коттеджа или квартиры опирается на два-три различных способа получения «зеленых» тепла и электричества.

Исключением могут быть частные домовладения, расположенные в северных районах, где отапливаемый сезон длится не менее восьми месяцев. В этом случае за счет альтернативных источников можно всего лишь снизить потребление энергии на 40-50%. В южных районах на альтернативные источники электроэнергии и тепла можно перевести даже квартиры в многоэтажных домах.

Энергия солнца и кремниевые панели

Большинство проектов по освоению альтернативных источников связано с солнечной энергией. Компании-производители солнечных батарей активно рекламируют преобразователи и панели, как наиболее выгодные, экологичные и бесшумные. Но не все так просто. Прежде чем покупать и устанавливать солнечные панели в качестве главного источника тепла, стоит помнить о некоторых недостатках подобного способа получения альтернативной энергии:

• Высокая стоимость солнечной электроэнергии, на сегодня разница составляет 2,5 раза в сравнении с тарифом электросетевых компаний;
• Небольшая мощность источника энергии. С одного квадратного метра панели в солнечный день можно получить не более 150 Вт альтернативной электроэнергии, при том, что стоимость самой панели составляет около сотни долларов;
• Сложность ремонта и ограниченный срок службы солнечных кремниевых панелей.

Перечисленные недостатки альтернативного солнечного источника энергии, которыми любят пугать чиновники электросетевых компаний, прежде всего, связаны с высокой стоимостью солнечного элемента. По оценкам специалистов, снижение розничной цены на кремневые батареи всего на 60% приведет к взрывному спросу на альтернативные источники солнечной электроэнергии.

Важно! Для установки солнечной батареи на крыше частного дома не нужны согласования и разрешения местных властей, если система не будет сопряжена с вводным контуром проводки электросетевой компании.

Альтернативный проект по использованию солнечной энергии

Использование солнечной энергии не ограничивается кремниевыми батареями. Существует еще одна схема источника альтернативной энергии на основе солнечной тепловой энергии. В отличие от полупроводниковых панелей с прямым преобразованием света в электричество, в основе альтернативной системы используется тепло, получаемое в нескольких тепловых солнечных коллекторах.

Разогретая до 120 о С вода или этиленгликоль поступает в бойлер-теплообменник, расположенный в подвале дома. Часть тепла отдается легкокипящей жидкости – бутану или фреону, которая направляется на небольшой электрогенератор с вихревой турбиной, а часть накапливается в массивном теплоаккумуляторе, заполненном расплавленным парафином.

Стоимость одной такой альтернативной установки примерно на 60-70% больше, чем для системы с кремниевыми панелями. По отзывам производителей, даже при более высокой цене спрос на альтернативный источник энергии значительно выше, чем на кремниевые панели:

• Ресурс конструкции при условии ежегодного обслуживания составляет более 50 лет;
• КПД альтернативной установки на солнечной энергии в 2,5 раза выше, чем у современной бытовой солнечной батареи.

Вместо дорогостоящих литий-ионных батарей в системе используется дешевый теплоаккумулятор, способный запасать энергию до 150 кВт/ч в электрическом эквиваленте. Это означает, что даже в зимнее время, в условиях непогоды и самого пасмурного неба, альтернативный источник энергии способен отапливать помещение площадью в 40-50 м 2 в течение 24-30 ч. Единственным существенным недостатком тепломеханического источника энергии является необходимость прибегать к услугам сертифицированных специалистов для монтажа и регулярного обслуживания системы.

Энергия ветра

Использование воздушных потоков в качестве ветровой нагрузки позволяет добиваться очень высоких мощностей, в пределах от 1-15 кВт на одну вышку. Классическая система получения альтернативной энергии с использованием ветра состоит из трех составляющих:

• Металлическая или бетонная мачта с поворотной платформой;
• Воздушный винт, соединенный механической трансмиссией с электрогенератором;
• Аккумуляторная батарея с системой преобразования тока.

Стоимость ветровой электроэнергии зависит от размеров конструкции, чем больше высота, на которую поднят винт, тем выше эффективность источника альтернативной энергии. Для альтернативной установки мощностью 50 кВт/ч, поднятой на мачту в 50 м, цена производимой «воздушной» электроэнергии сопоставима с тарифом тепловой электростанции.

Для частного дома возможности использования ветра в качестве альтернативного источника значительно скромнее. Например, простейшая ветровая установка с высотой мачты в 4,5 м и диаметром четырехлопастного винта в 2 м, при ветре в 12 м/с выдает не менее 800-900 Вт/ч. Четыре ветроустановки способны заменить дорогостоящий источник энергии на солнечных кремниевых панелях площадью 20 м 2 . При этом стоимость альтернативной энергии будет вдвое выше сетевого тарифа.

Простейшая установка получения альтернативной энергии с винтом диаметром всего 70 см, установленная на балконе пятого этажа, позволяет получить 200 Вт/ч даже в условиях несильного ветра. Изготовить альтернативные источники энергии для дома своими руками не составит особого труда, необходимо только спроектировать винт специальной конфигурации, чтобы максимально снизить уровень шума.

В Китае малогабаритные установки с винтом 50 см широко используются в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания фонарей уличного освещения и ретрансляторов беспроводного интернета, систем сигнализации и камер наблюдения на парковках и автомагистралях. Стоит такая «кроха» в 10 раз дешевле кремниевой панельки аналогичной мощности, а работает практически в любую погоду, даже без аккумуляторов.

При удачном выборе места под размещение мачты ветряная электростанция в качестве альтернативного источника электроэнергии окупается в течение 2-3 лет. Высота мачты должна составлять не менее 10-12 м, а диаметр лопастей – 2,5-3 м. Две вышки способны производить до 5 кВт/ч при среднем ветре.

Ветроустановки отлично работают в степной и гористой местности, в условиях плотной городской и пригородной застройки их эффективность снижается на 30-40%. Единственным недостатком ветроустановки остается высокий уровень зашумленности. Системы мощностью около 1 кВт способны генерировать шум, сопоставимый с децибелами работающего дизельного автомобиля.

Сила воды

Если рядом с домом протекает ручей или речушка, водный поток можно с успехом использовать в качестве источника энергии. Вода значительно слабее ветра по запасу энергии, поэтому для получения альтернативного источника с желаемыми 2-3 кВт/ч электроэнергии необходимо обеспечить следующие характеристики движения потока:

• Перепад высоты или напор — не меньше 150 см, скорость течения не менее 70 см/с;
• Расход воды – не менее 1,5-2 м 3 /с;
• Диаметр рабочего колеса не менее 60 см.

Кроме изготовления самой конструкции альтернативного водяного привода, дополнительно придется построить запруду и обводной ливневый канал, что потребует значительных расходов.

В качестве самостоятельного источника энергии возможностей ручейка для обеспечения потребности дома будет явно недостаточно, а для использования полноразмерного пятикиловаттного привода потребуется как минимум оформить разрешение на использование водных ресурсов.

Тепло земли

Тепловые насосы можно смело причислять к одной из наиболее удачных схем альтернативного обеспечения тепловой энергией. В теории тепловой насос может поставлять на 60% больше тепловой энергии, чем потребляет.

Чтобы получить тепло с температурой потока не менее 70 о С, в грунт, на глубину на 6-7 м ниже уровня промерзания, укладываются трубы, объединенные в один контур-теплообменник. С помощью прокачиваемого теплоносителя отбирается внутреннее тепло грунтовых пластов и используется в тепловом насосе для дальнейшего обогрева помещения.

Биотопливо

Большинство альтернативных источников энергии обладают одним и тем же недостатком – сделать запас тепла или электроэнергии практически невозможно, если не считать сверхбольших теплоаккумуляторов и маломощных литиевых батарей к солнечным панелям.

Большинство владельцев частных домов предпочли бы использовать альтернативный вариант безопасного и простого в использовании биотоплива, которое можно было бы запасти на весь отопительный сезон.

На сегодня используются два варианта альтернативного топлива:

• Биогаз, получаемый непосредственно на территории усадьбы или домовладения;
• Пеллеты, гранулированные продукты переработки угля, торфа, древесины, отходов лесопиления.

Источником сырья для производства пеллет могут быть любые отходы древесины. Небольшой ротационный пресс, который можно легко установить в домашних условиях, превращает мешок измельченной стружки в несколько килограммов пеллет. В результате владелец получает источник альтернативного недорогого топлива, которое можно запасать и сжигать в специальных котлах с автоматической подачей пеллетной массы.

Биогаз представляет собой продукт переработки определенными культурами бактерий органических отходов, смешанных с коровьим и свиным навозом. Сырье загружают в металлическую емкость со свободно плавающей крышей и затирают порошком с бактериями.

На вторые-третьи сутки из бака начинает поступать биогаз, который можно использовать в качестве альтернативного газового топлива вместо метана. Достаточно лишь отрегулировать работу автоматики на газ с меньшей калорийностью.

Удобный, но не самый безопасный источник альтернативной энергии, так как биогаз не имеет запаха и в случае утечки может легко привести к возникновению пожара.

Система солнечного электроснабжения

Главная статья расходов альтернативного электроснабжения на солнечных батареях включает цену панелей, это примерно 160 руб. за 1 Вт или 80-85 долл. за метр квадратный поверхности. Для альтернативного энергоснабжения дома потребуется не менее 25 м 2 панелек из поликристаллического кремния.

На аккумуляторах можно сэкономить. Вместо дорогостоящего лития можно установить щелочную батарею, которая прослужит 15 лет при минимальном уходе за источником энергии. На комплект щелочных батарей уйдет еще 200-300 долл.

Можно приобрести готовые панели в чехлах с наклеенной подложкой и пропаянной проводкой за 500-700 долл. или купить и наклеить одиночные плитки на текстолитовую основу своими руками. Вместо дорогущей монокристаллической плиты используем поликристаллические соты за вдвое меньшую цену. Правда, коэффициент полезного действия поликремния на несколько процентов меньше, но потерю можно легко компенсировать дополнительной площадью элементов.

Устройство солнечной панели

Если планировать альтернативный источник энергии на длительную перспективу, то лучше всего отказаться от использования какого-либо биотоплива и водяных генераторов. Уже через десяток лет нормы выброса СО будут жестко контролироваться государством. Тогда как за установку альтернативного источника электропитания из поликремния можно будет получать субсидии, как это происходит в сегодня в Европе и Канаде.

Солнечная батарея представляет тончайший слой кремния с напыленными на торцы «бутерброда» медными или никелевыми электродами. Плоскость, обращенная к солнцу, обязательно защищается от пыли и влаги тонким кварцевым, ситалловым или поликарбонатным стеклом. Отдельные «бутерброды» спаяны в ряды и целые панели, способные выдавать по 80-100 Вт электрической мощности.

Панели соединяют последовательно и подключают к аккумулятору и преобразователю. Последний превращает постоянный ток панели в переменный 220 В, что позволяет подключать к альтернативному источнику обычную бытовую технику, освещение и системы жизнеобеспечения.

Кроме классической кремниевой панели, для альтернативного электроснабжения также используют так называемые титановые солнечные батареи. По сути, это два тонких стекла с напыленным, практически невидимым тонким слоем оксида титана, между которыми находится раствор электролита. Выглядит титановая панель, как обычное оконное стекло с едва заметным затемнением, но это не мешает альтернативному источнику выдавать энергию с КПД до 7%.

Панели вставляют в окна, используют для остекления веранд и целых этажей, применяют в качестве самостоятельного источника резервного электроснабжения и в паре с кремниевыми панелями.

Правила установки солнечной панели

В классическом исполнении солнечную панель необходимо устанавливать под углом в 55-60 о к линии горизонта. Для обычных двухскатных крыш это слишком большой угол наклона, поэтому приходится либо приподнимать батареи относительно ската крыши, либо мириться с небольшим снижением эффективности альтернативного источника электроснабжения и укладывать секции просто на солнечной стороне кровли.

В альтернативном варианте панели располагают на участке на специальных поворотных подставках, такой способ используют в загородных домах и дачах, где мощности альтернативного источника всегда не хватает, а свободной площади всегда в избытке.

Ветрогенератор в частном доме

Стоимость ветроустановки мощностью 1 квт/ч составляет не менее 600 долл. Для монтажа установки альтернативного электропитания, прежде всего, потребуется грамотно выбрать свободное место для мачты генератора. Вокруг вышки должно быть свободное пространство площадью не менее 20 м 2 .

Можно собрать самодельную конструкцию резервного источника энергии из следующих деталей:

• Автомобильный генератор;
• Воздушный винт 2,5м из фанеры и пластика;
• Стальная двухдюймовая труба;
• Тросовые расчалки.

Цена набора деталей едва превышает 150 долл., поэтому стоимость киловатта энергии, выдаваемой альтернативной системой питания, получится дешевле 3,5 руб. Резервный источник энергии окупится в три месяца.

Тепловые насосы для отопления

Эффективность альтернативного источника тепла зависит от структуры пород, наличия геотермальных вод, высокого содержания газов и залежей органического топлива, торфа и угля. Наилучший выход тепла можно получить на влажных болотистых почвах, самыми сложными для организации альтернативного теплоснабжения считаются тяжелые скальные породы.

Классификация тепловых насосов

В качестве альтернативных источников тепловой энергии используется несколько основных типов тепловых насосов:

• С отбором тепла из грунтовых масс. Наиболее распространенная схема для организации альтернативного отопления с использованием стабильного источника тепла;
• Нагрев теплообменника насоса из окружающего воздуха за пределами помещения. По данной схеме работает кондиционер в качестве теплового источника для легкого подогрева помещения в осенний период;
• Отбор тепла из внутреннего помещения для охлаждения воздуха в режиме кондиционирования.

В качестве альтернативного источника тепловой энергии используются первых два типа тепловых насосов. Тепловой насос может работать как источник тепловой энергии, так и в режиме охлаждения. Альтернативная система охлаждения насоса примерно на 40-45% эффективнее кондиционера. Тепловые насосы в ближайшей перспективе уверенно перейдут из статуса альтернативных источников энергии в разряд основного способа получения тепла.

Принцип работы теплового насоса

Устройство и схема работы теплового насоса в качестве источника тепловой энергии приведена на схеме.

Работа альтернативной системы отопления во многом напоминает цикл обычного компрессионного или пароэжекционного холодильника, с двумя дополнительно установленными теплообменными контурами.

Первый контур альтернативного источника энергии изготавливается из нескольких десятков металлических труб, уложенных в скважины, глубиной от 40-100 м. Количество скважин может достигать 80-90 единиц для одного источника энергии мощностью 16-18 кВт. Скважины играют роль подогревателя для прокачиваемого антифриза и первичного источника энергии для теплового насоса.

Второй контур представляет собой медный теплообменник, сочлененный с первым контуром. В нем, как в холодильнике, циркулирует фреон или изобутан. В процессе конденсации фреона выделяется огромное количество тепловой энергии, которое через третий контур направляется на отопление дома.

Существуют также безнасосные схемы альтернативных источников энергии, в которых нет компрессоров и насосов, соответственно, практически нет потребления электрической энергии. КПД такого альтернативного теплового насоса меньше, поэтому для поддержания необходимой тепловой мощности источника энергии приходится увеличивать количество скважин.

Тепловой насос с узлами от бытовой техники

Простейший альтернативный источник тепла можно изготовить из деталей от мощного холодильника или уличной морозильной камеры. В таких системах в качестве агента — переносчика энергии используют углекислый газ. Компрессор мощностью 1,5 кВт способен выдать на медном радиаторе холодильника до 2,5 кВт тепловой энергии. Необходимо лишь оборудовать радиатор обдувом воздуха, а морозилку заглубить во влажный грунт на глубину ниже уровня промерзания. Такой альтернативного источник тепловой энергии способен эффективно отапливать помещение до 25 м 2 .

Обустройство и подключение внешнего устройства

Конструктивно тепловой насос выглядит, как холодильник, от которого идут трубы на радиаторы отопления и массивный бойлер-аккумулятор энергии. В альтернативном варианте трубы могут укладываться прямо в основание теплого пола.

Существует также альтернативный вариант укладки труб первого контура. Если рядом с домом существует источник любой воды, то для более эффективного забора тепла трубы первого контура лучше всего уложить как можно ближе к водному потоку.

Плюсы и минусы использования

В теории тепловой насос идеально подходит на роль альтернативного источника тепла, но на практике при эксплуатации приходится сталкиваться с таким явлением, как вырождение теплоотдачи скважин. После 1800-2000 часов работы грунт вокруг первого контура альтернативного отопления приходится подвергать регенерации.

Расстояние между скважинами должно быть не менее 6 м, поэтому под альтернативный способ получения тепловой энергии приходится отдавать значительную площадь участка. Стоимость установки теплового насоса сегодня самая высокая среди всех альтернативных источников энергии, минимум 10 тыс. евро.

Заключение

По мнению специалистов, покупка и установка альтернативных источников энергии на сегодня остается лучшим объектом для инвестиций. Система окупается даже раньше расчетного времени, а для ветровых конструкций этот срок может быть уменьшен до нескольких месяцев. Кроме того, это отличный способ избавиться от зависимости от поставок электрической энергии сетевых компаний.

Геотермальная энергия и ее использование. Применение гидроэнергетических ресурсов. Перспективные технологии солнечной энергетики. Принцип работы ветроустановок. Энергия волн и течений. Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в России.

Пермский Государственный Университет

Философско-социологический факультет

Альтернативные источники энергии

и возможности их применения в России

Кафедра социологии и

политологии

Студент: Уваров П.А.

Группа: СЦГ-2 курс

Пермь, 2009

Введение

1 Понятие и основные виды альтернативной энергии

1.1 Геотермальная энергия (тепло земли)

1.2 Энергия солнца

1.3 Энергия ветра

1.4 Энергия воды

1.5 Энергия волн

1.6 Энергия течений

2. Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в России

Заключение

Список используемых источников

Введение

Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня – гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы – технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и – уже в середине ХХ столетия – атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько – так называемые каскады ГЭС, – резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые – малые, или «нетрадиционные», – виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

1. О сновные виды Альтернативной энергии

1.1 Геотермальная энергия (тепло земли)

Геотермальная энергия – в дословном переводе значит: земли тепловая энергия. Объём Земли составляет примерно 1085 млрд.куб.км и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру.

Если учесть ещё и теплоемкость пород Земли, то станет ясно, что геотермальная теплота представляет собой, несомненно, самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причём это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для её получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

В некоторых районах природа доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно непосредственно использовать для производства электроэнергии. Имеются также районы, где геотермальными водами из источников и скважин можно обогревать жилища и теплицы (островное государство на севере Атлантического океана -Исландия; и наши Камчатка и Курилы).

Однако в целом, особенно с учётом величины глубинного тепла Земли, использование геотермальной энергии в мире крайне ограничено.

Для производства электроэнергии с помощью геотермального пара от этого пара отделяют твёрдые частицы, пропуская его через сепаратор и затем направляют его в турбину. «Стоимость топлива» такой электростанции определяется капитальными затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом также невелика, так как последняя не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. В таком удобном естественном виде геотермальная энергия является экономически выгодным источником электрической энергии. К сожалению, на Земле редко встречаются поверхностные выходы природного пара или перегретых (то есть, с температурой гораздо выше 100 o С) вод, вскипающих с образованием достаточного кол-ва пара.

Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии.

Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г. в мире работало 330 блоков таких станций и здесь доминировали США (168 блоков на «месторождениях» Гейзере в долине гейзеров, Империал Вэлли и др.). Второе место занимала. Италия, но в последние годы ее обогнали КНР и Мексика. Самая большая доля используемой геотермальной энергии приходится на страны Латинской Америки, но и она составляет немного более 1%.

В России перспективными в этом смысле районами являются Камчатка и Курильские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу дальности перевозок топлива и отсутствия железных дорог.

1.2 Энергия солнца

Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Сев. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива.

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. И в России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), имеет солнечная энергия. Несмотря на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии на 2005 г определен в очень малом объеме – 17-21 млн.т у.т. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование-дело отдаленного будущего (после 2020г). В данной работе я покажу, что это не так и что солнечная энергия является серьезной альтернативой традиционной энергетике уже в настоящее время.

Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн.лет. Гигантские темпы потребления не возобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, которые не отражают реальные совокупные затраты общества, по существу означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой цене. Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются наиболее приемлемыми по экономической эффективности их использования. Их применение позволит снизить энергопотребление в домах до 60%. В качестве примера успешного применения этих технологий можно отметить проект «2000 солнечных крыш» в Германии. В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов.

При КПД солнечной электростанции (СЭС) 12% все современное потребление электроэнергии в России может быть получено от СЭС активной площадью около 4000 кв.м, что составляет 0.024% территории.

Наиболее практическое применение в мире получили гибридные солнечно-топливные электростанции с параметрами: КПД 13,9%, температура пара 371 гр.С, давление пара 100 бар, стоимость вырабатываемой электроэнергии 0,08-0,12 долл/кВт.ч, суммарная мощность в США 400 МВт при стоимости 3 долл/Вт. СЭС работает в пиковом режиме при отпускной цене за 1 кВт.ч электроэнергии в энергосистеме: с 8 до 12 час.-0,066 долл. и с 12 до 18 час.- 0,353 долл.. КПД СЭС может быть увеличен до 23% – среднего КПД системных электростанций, а стоимость электроэнергии снижена за счет комбинированной выработки электрической энергии и тепла.

Основным технологическим достижением этого проекта является создание Германской фирмой Flachglass Solartechnik GMBH технологии производства стеклянного параболоцилиндрического концентратора длиной 100 м с апертурой 5,76 м, оптическим КПД 81% и ресурсом работы 30 лет. При наличии такой технологии зеркал в России целесообразно массовое производство СЭС в южных районах, где имеются газопроводы или небольшие месторождения газа и прямая солнечная радиация превышает 50% от суммарной.

Принципиально новые типы солнечных концентратов, использующие технологию голографии, предложены ВИЭСХом.

Его главные характеристики – сочетание положительных качеств солнечных электростанций с центральным приемником модульного типа и возможность использования в качестве приемника как традиционных паронагревателей, так и солнечных элементов на основе кремния.

Одной из наиболее перспективных технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечными элементами на основе кремния, которые преобразуют в электрическую энергию прямую и рассеянную составляющие солнечной радиации с КПД 12-15%. Лабораторные образцы имеют КПД 23%. Мировое производство солнечных элементов превышает 50 МВт в год и увеличивается ежегодно на 30%. Современный уровень производства солнечных элементов соответствует начальной фазе их использования для освещения, подъема воды, телекоммуникационных станций, питания бытовых приборов в отдельных районах и в транспортных средствах. Стоимость солнечных элементов составляет 2,5-3 долл/Вт при стоимости электроэнергии 0,25-0,56 долл/кВт.ч. Солнечные энергосистемы заменяют керосиновые лампы, свечи, сухие элементы и аккумуляторы, а при значительном удалении от энергосистемы и малой мощности нагрузки – дизельные электрогенераторы и линии электропередач.

1.3 Энергия ветра

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.

Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад. В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например в Голландии. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.

Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн кВт·ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломают ветряки.

Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.

Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру.

Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.

Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вода поднимается на определенную высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят также электролизные аккумуляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т.е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанного с капризами ветра.

Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт·ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт·ч.

1.4 Энергия воды

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. ПЭС двустороннего действия способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами в 1-2 ч четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8,4 м. 24 гидроагрегата ПЭС вырабатывают в среднем за год 502 млн. кВт. час электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС на реке Ранс экономически оправдана, годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений. Электростанция входит в энергосистему Франции и эффективно используется.

В 1968 г. на Баренцевом море, недалеко от Мурманска, вступила в строй опытно-промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт. Место ее строительства – Кислая Губа представляет собой узкий залив шириной 150 м и длиной 450 м. Хотя мощность Кислогубской ПЭС невелика, ее сооружение имело важное значение для дальнейших исследовательских и проектно-конструкторских работ в области использования энергии приливов.

Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный потенциал Охотского моря, где местами, например на Пенжинской губе, высота приливов составляет 12,9 м, а в Гижигинской губе – 12-14 м.

Работы в этой области ведутся и за рубежом. В 1985 г. пущена в эксплуатацию ПЭС в заливе Фанди в Канаде мощностью 20 МВт (амплитуда приливов здесь составляет 19,6 м). В Китае построены три приливные электростанции небольшой мощности. В Великобритании разрабатывается проект ПЭС мощностью 1000 МВт в устье реки Северн, где средняя амплитуда приливов составляет 16,3 м

С точки зрения экологии ПЭС имеет бесспорное преимущество перед тепловыми электростанциями, сжигающими нефть и каменный уголь. Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения недавно созданной трубы Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Первые бесплотинные ПЭС намечено соорудить в ближайшие годы в Южной Корее.

1.5. Энергия волн

Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э. Циолковским.

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую. Когда буй качается по волне, уровень воды внутри него меняется. От этого воздух то выходит из него, то входит. Но движение воздуха возможно только лишь через верхнее отверстие (такова конструкция буя). А там установлена турбина, вращающаяся всегда в одном направлении независимо от того в каком направлении движется воздух. Даже довольно небольшие волны высотой 35 см заставляют турбину развивать более 2000 оборотов в минуту. Другой тип установки – что-то вроде стационарной микроэлектростанции. Внешне она похожа на ящик, установленный на опорах на небольшой глубине. Волны проникают в ящик и приводят в действие турбину. И здесь для работы достаточно совсем небольшого волнения моря. Даже волны высотой в 20 см зажигали лампочки общей мощностью 200 Вт.

В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, морекультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.

В волновых установках с пневматическими преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на обратное. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла широкое применение в различных волноэнергетических установках.

Волновая энергетическая установка «Каймей» (»Морской свет») – самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическими преобразователями – построена в Японии в 1976 г. В своей работе она использует волны высотой до 6 – 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м и водоизмещением 500 т установлены 22 воздушных камеры, открытые снизу. Каждая пара камер работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Первые испытания были проведены в 1978 – 1979 гг. близ города Цуруока. Энергия передавалась на берег по подводному кабелю длиной около 3 км. В 1985 г. в Норвегии в 46 км к северо-западу от города Берген построена промышленная волновая станция, состоящая из двух установок. Первая установка на острове Тофтесталлен работала по пневматическому принципу. Она представляла собой железобетонную камеру, заглубленную в скале; над ней была установлена стальная башня высотой 12,3 мм и диаметром 3,6 м. Входящие в камеру волны создавали изменение объема воздуха. Возникающий поток через систему клапанов приводил во вращение турбину и связанный с ней генератор мощностью 500 кВт, годовая выработка составляла 1,2 млн. кВт. ч. Зимним штормом в конце 1988 г. башня станции была разрушена. Разрабатывается проект новой башни из железобетона.

Конструкция второй установки состоит из конусовидного канала в ущелье длиной около 170 м с бетонными стенками высотой 15 м и шириной в основании 55 м, входящего в резервуар между островами, отделенный от моря дамбами, и плотины с энергетической установкой. Волны, проходя по сужающемуся каналу, увеличивают свою высоту с 1,1 до 15 м и вливаются в резервуар, уровень которого на 3 м выше уровня моря. Из резервуара вода проходит через низконапорные гидротурбины мощностью 350 кВт. Станция ежегодно производит до 2 млн. кВт.·ч электроэнергии.

А в Великобритании разрабатывается оригинальная конструкция волновой энергетической установки типа «моллюск», в которой в качестве рабочих органов используются мягкие оболочки – камеры. В них находится воздух под давлением, несколько большим атмосферного. Накатом волн камеры сжимаются, образуется замкнутый воздушный поток из камер в каркас установки и обратно. На пути потока установлены воздушные турбины Уэллса с электрогенераторами. Сейчас создается опытная плавучая установка из 6 камер, укрепленных на каркасе длиной 120 м и высотой 8 м. Ожидаемая мощность 500 кВт. Дальнейшие разработки показали, что наибольший эффект дает расположение камер по кругу. В Шотландии на озере Лох-Несс была испытана установка, состоящая из 12 камер и 8 турбин. Теоретическая мощность такой установки до 1200 кВт.

Впервые конструкция волнового плота была запатентована в СССР еще в 1926 г. В 1978 г. в Великобритании проводились испытания опытных моделей океанских электростанций, в основе которых лежит аналогичное решение. Волновой плот Коккерела состоит из шарнирно соединенных секций, перемещение которых относительно друг друга передается насосам с электрогенераторами. Вся конструкция удерживается на месте якорями. Трехсекционный волновой плот Коккерела длиной 100 м, шириной 50 м и высотой 10 м может дать мощность до 2 тыс. кВт.

В СССР модель волнового плота испытывалась в 70-х гг. на Черном море. Она имела длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м. На волнах высотой 0,5 м и длиной 10 – 15 м установка развивала мощность 150 кВт.

Проект, известный под названием «утка Солтера», представляет собой преобразователь волновой энергии. Рабочей конструкцией является поплавок (»утка»), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте предусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков. В 1978 г. была испытана модель установки, состоявшая из 20-ти поплавков диаметром 1 м. Выработанная мощность составили 10 кВт. Разработан проект более мощной установки из 20 – 30 поплавков диаметром 15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность установки 45 тыс. кВт. Подобные системы, установленные у западных берегов Британских островов, могут обеспечить потребности Великобритании в электроэнергии.

1.6 Энергия течений

Наиболее мощные течения океана – потенциальный источник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 м 2 поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с).

Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.

Программа «Кориолис» предусматривает установку во Флоридском проливе в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими колесами диаметром 168 м, вращающимися в противоположных направлениях. Пара рабочих колес размещается внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающей плавучесть турбины. Для повышения эффективности лопасти колес предполагается сделать достаточно гибкими. Вся система «Кориолис» общей длиной 60 км будет ориентирована по основному потоку; ширина ее при расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в каждом составит 30 км. Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и заглубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству.

После того как большая часть Южного Пассатного течения проникает в Карибское море и Мексиканский залив, вода возвращается оттуда в Атлантику через Флоридский залив. Ширина течения становится минимальной – 80 км. При этом оно убыстряет свое движение до 2 м/с. Когда же Флоридское течение усиливается Антильским, расход воды достигает максимума. Развивается сила, вполне достаточная, чтобы привести в движение турбину с размашистыми лопастями, вал которой соединен с электрогенератором. Дальше – передача тока по подводному кабелю на берег.

Материал турбины- алюминий. Срок службы – 80 лет. Ее постоянное место – под водой. Подъем на поверхность воды только для профилактического ремонта. Ее работа практически не зависит от глубины погружения и температуры воды. Лопасти вращаются медленно, и небольшие рыбы могут свободно проплывать через турбину. А вот крупным вход закрыт предохранительной сеткой.

Американские инженеры, считают, что строительство такого сооружения даже дешевле, чем возведение тепловых электростанций. Здесь не нужно возводить здание, прокладывать дороги, устраивать склады. Да и эксплуатационные расходы существенно меньше.

Полезная мощность каждой турбины с учетом затрат на эксплуатацию и потерь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%.

Первый опытный образец подобной турбины диаметром 1,5 м был испытан во Флоридском проливе. Разработан также проект турбины с рабочим колесом диаметром 12 м и мощностью 400 кВт.

2 Состояние и перспективы развития альтернативной энергетики в России

Доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться, а на смену придет нетрадиционная — альтернативная энергетика, основанная на использовании возобновляемых источников энергии. И от того, с какими темпами это произойдет в конкретной стране, зависит не только ее экономическое благополучие, но и ее независимость, ее национальная безопасность.

Ситуация с возобновимыми источниками энергии в России, как и почти со всем у нас в стране, может быть названа уникальной. Запасы этих источников, поддающихся использованию уже на сегодняшнем техническом уровне, огромны. Вот одна из оценок: солнечной лучистой энергии — 2300млрдТУТ (тонн условного топлива); ветра — 26,7млрдТУТ, биомассы — 10млрдТУТ; тепла Земли — 40000млрдТУТ; малых рек — 360млрдТУТ; морей и океанов — 30млрдТУТ. Эти источники намного превышают современный уровень энергопотребления России (1,2млрдТУТ в год). Однако используются из всего этого немыслимого изобилия даже не сказать что крохи — микроскопические количества. Как и в мире в целом, в России наиболее развита среди возобновляемых видов энергетики ветроэнергетика. Еще в 1930-хгг. в нашей стране серийно выпускалось несколько видов ветроустановок мощностью 3-4кВт, однако в 1960-егг. их выпуск был прекращен. В последние годы СССР правительство вновь обратило внимание на эту область, однако не успело реализовать своих планов. Тем не менее, с 1980 по 2006гг. Россией наработан большой научно-технический задел (но отставание в вопросах практического использования возобновимых источников энергии у России серьезное). Сегодня общая мощность действующих, сооружаемых и планируемых к вводу в России ВЭУ и ВЭС составляет 200 МВт. Мощность отдельных ветроагрегатов, изготавливаемых российскими предприятиями, лежит в диапазоне от 0,04 до 1000,0 кВт . В качестве примера приведем нескольких разработчиков и производителей ВЭУ и ВЭС. В Москве ООО «СКТБ «Искра» производит ветроэлектрические станции М-250 мощностью 250Вт. В Дубне Московской области предприятие Гос.МКБ «Радуга» производит легко устанавливаемые ВЭС в 750Вт, 1кВт и 8кВт; Санкт-Петербургский НИИ «Электроприбор» выпускает ВЭУ до 500 Вт.

В Киеве с 1999г. научно-производственная группа WindElectric производит ветроэлектростанции бытового назначения WE-1000 мощностью 1 кВт. Специалистами группы разработана уникальная многолопастная, универсально-скоростная и абсолютно бесшумная турбина небольших размеров, эффективно использующая любой воздушный поток.

Хабаровская «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» производит ВЭС мощностью от 0,25 до 10кВт, последние могут объединяться в системы мощностью до 100кВт. С 1993г. этим предприятием разработано и произведено 640 ВЭС. Большинство установлено в Сибири, на Дальнем Востоке, Камчатке, Чукотке. Срок эксплуатации ВЭС достигает 20 лет в любых климатических зонах. Компания поставляет также солнечные батареи, которые работают совместно с ВЭС (мощность таких ветросолнечных установок составляет от 50Вт до 100 кВт).

В отношении ресурсов ветровой энергии в России наиболее перспективны такие районы, как Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей. Высокие среднегодовые скорости ветра, малая обеспеченность централизованными электросетями и обилие неиспользуемых в хозяйстве площадей делает эти местности практически идеальными для развития ветровой энергетики. Похожая ситуация с солнечной энергетикой. Солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию всех российских ресурсов нефти, угля, газа и урана. Имеются интересные отечественные разработки в этой области, но нет никакой поддержки их со стороны государства и, следовательно, нет рынка фотоэнергетики. Однако объем выпуска солнечных батарей исчисляется мегаваттами. В 2006г. было произведено около 400 МВт. Имеется тенденция к некоторому росту. Впрочем, больший интерес к продукции различных научно-производственных объединений, выпускающих фотоэлементы, проявляют покупатели из-за рубежа, для россиян они все еще дороги; в частности, потому что сырье для производства кристаллических пленочных элементов приходится ввозить из-за рубежа (в советское время заводы по производству кремния находились в Киргизии и Украине) Наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России — это Северный Кавказ, Ставропольский и Краснодарский края, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток.

Наибольшие достижения по использованию солнечной энергии отмечены в области создания систем теплоснабжения с применением плоских солнечных коллекторов. Первое место в России во внедрении таких систем занимает Краснодарский край, где за последние годы в соответствии с действующей краевой программой энергосбережения сооружено около сотни крупных солнечных систем горячего водоснабжения и множество мелких установок индивидуального пользования. Наибольшее развитие солнечные установки для обогрева помещений получили в Краснодарском крае и Республике Бурятия. В Бурятии солнечными коллекторами производительностью от 500 до 3000 литров горячей воды (90-100 градусов по Цельсию) в сутки оснащены различные промышленные и социальные объекты – больницы, школы, завод «Электромашина» и т.д., а также частные жилые здания. Сравнительно повышенное внимание уделяется развитию геотермальных электростанций, более, видимо, привычных нашим энергетическим распорядителям и достигающих больших мощностей, а потому лучше укладывающихся в привычную концепцию энергетического гигантизма. Специалисты считают, что запасы геотермальной энергии на Камчатке и Курильских островах могут обеспечить электростанции мощностью до 1000МВт.

Ещё в 1967г. на Камчатке была построена Паужетская ГеоТЭС мощностью 11,5МВт. Она была пятой ГеоТЭС в мире. В 1967г. была введена в действие Паратунская ГеоТЭС — первая в мире с бинарным циклом Ренкина. В настоящее время строится Мутновская ГеоТЭС мощностью 200МВт с использованием отечественного оборудования, изготовленного Калужским турбинным заводом. Этот завод приступил также к серийному выпуску модульных блоков для геотермального электро – и теплоснабжения. С использованием таких блоков Камчатка и Сахалин могут быть практически полностью обеспечены электроэнергией и теплом от геотермальных источников. Геотермальные источники с достаточно большим энергетическим потенциалом имеются в Ставропольском и Краснодарском краях. Сегодня там вклад систем геотермального теплоснабжения составляет 3млн.Гкал/год.

По мнению специалистов, при несметных запасах этого вида энергии не решен вопрос о рациональном, рентабельном и экологически безвредном использовании геотермальных ресурсов, что мешает наладить их индустриальное освоение. Например, добываемые геотермальные воды используются варварскими методами: неочищенную отработанную воду, содержащую ряд опасных веществ (ртуть, мышьяк, фенолы, серу и т.п.) сбрасывают в окружающие водоемы, нанося непоправимый вред природе. К тому же, все трубопроводы геотермальных систем отопления быстро выходят из строя из-за высокой минерализации геотермальных вод. Поэтому требуется коренной пересмотр технологии использования геотермальной энергии.

Сейчас ведущим предприятием по изготовлению геотермальных электрических станций в России является Калужский турбинный завод и АО «Наука», которые разработали и производят модульные геотермальные электростанции мощностью от 0,5 до 25 МВт. Разработана и начала реализовываться программа создания геотермального энергоснабжения Камчатки, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900тыс. ТУТ. На Кубани эксплуатируется 10 месторождений геотермальных вод. За 1999-2000гг. уровень добычи теплоэнергетических вод в крае составил около 9млнм3, что позволило сэкономить до 65тыс.ТУТ. Предприятием «Турбокон», созданным при Калужском турбинном заводе, разработана чрезвычайно перспективная технология, позволяющая получать электроэнергию из горячей воды, испаряющейся под давлением и вращающей турбину, оснащенную вместо привычных лопастей специальными воронками — так называемыми соплами Лаваля. Польза от таких установок, получивших название гидропаровых турбин, как минимум двойная. Во-первых, они позволяют полнее использовать геотермальную энергию. Обычно для получения энергии используется только геотермальный пар или растворенные в геотермальной воде горючие газы, тогда как с помощью гидропаровой турбины для получения энергии можно использовать и непосредственно горячую воду. Другой возможный вариант применения новой турбины — получение электроэнергии в городских теплосетях, из воды, возвращающейся от потребителей тепла. Сейчас тепло этой воды пропадает впустую, тогда, как оно могло бы обеспечивать котельные независимым источником электричества.

Тепло недр Земли способно не только выбрасывать в воздух фонтаны гейзеров, но и согревать жилища и вырабатывать электроэнергию. Большими геотермальными ресурсами обладают Камчатка, Чукотка, Курилы, Приморский край, Западная Сибирь, Северный Кавказ, Краснодарский и Ставропольский края, Калининградская область. Высокопотенциальное термальное тепло (пароводная смесь свыше 100 градусов по Цельсию) позволяет производить электроэнергию напрямую.

Обычно пароводяная термальная смесь извлекается из скважин, пробуренных на глубину 2-5 км. Каждая из скважин способна обеспечить электрическую мощность 4-8 МВт с площади геотермального месторождения около 1 км 2 . При этом по экологическим соображениям необходимо иметь и скважины для закачки в пласт отработанных геотермальных вод.

В настоящее время на Камчатке действуют 3 геотермальных электростанции: Паужетская ГеоЭС, Верхне-Мутновская ГеоЭС и Мутновская ГеоЭС. Суммарная мощность этих геотермальных электростанций составляет более 70 МВт. Это позволяет на 25% обеспечить потребности региона в электроэнергии и ослабить зависимость от поставок дорогостоящего привозного мазута.

В Сахалинской области на о. Кунашир введены первый агрегат мощностью 1,8 МВт Менделеевской ГеоТЭС и геотермальная тепловая станция ГТС-700 мощностью 17 Гкал/ч. Большая часть низкопотенциальной геотермальной энергии применяется в виде тепла в жилищно-коммунальном и сельском хозяйствах. Так, на Кавказе общая площадь обогреваемых геотермальными водами теплиц составляет свыше 70 га. В Москве построен и успешно эксплуатируется экспериментальный многоэтажный дом, в котором горячая вода для бытовых нужд нагревается за счет низкопотенциального тепла Земли.

Наконец, следует также упомянуть малые гидроэлектростанции. С ними дело обстоит относительно благополучно в плане конструкторских разработок: оборудование для малых ГЭС выпускается или готово к выпуску на многих предприятиях энергомашиностроительной промышленности, с гидротурбинами различной конструкции — осевыми, радиально-осевыми, пропеллерными, диагональными, ковшовыми. При этом стоимость оборудования, изготовленного на отечественных предприятиях, остается значительно ниже мирового уровня цен. На Кубани ведется строительство двух малых ГЭС (МГЭС) на р. Бешенка в районе п.Красная Поляна г.Сочи и сбросе циркуляционной системы технического водоснабжения Краснодарской ТЭЦ. Запланировано строительство МГЭС на сбросе Краснодарского водохранилища мощностью 50 МВт. Начата работа по восстановлению системы малых ГЭС в Ленинградской области. В 1970-е гг. там, в результате проведения кампании по укрупнению электроснабжения области, прекратили работу более 40 таких станций. Плоды недальновидной гигантомании приходится исправлять сейчас, когда необходимость в малых источниках энергии стала очевидной.

Заключение

Нужно отметить, что в России ещё нет таких законов, которые бы регулировали альтернативную энергетику и стимулировали ее развитие. Равно как и нет структуры, которая бы защищала интересы альтернативной энергетики. Как, например, атомной энергетикой отдельно занимается Минатом. Запланирован доклад правительству об обосновании необходимости и разработке концепции проекта федерального закона «О развитии возобновляемых источников энергии». За подготовку этого доклада отвечают целых четыре министерства: Минэнерго, Минэкономразвития, Минпромнауки и Минюст. Когда они договорятся, неведомо.

Чтобы отрасль развивалась быстро и полноценно, закон должен предусматривать налоговые льготы предприятиям, производящим оборудование для получения энергии возобновляемых источников (например, снижение ставки НДС хотя бы до 10%). Важны также вопросы сертификации и лицензирования (прежде всего в том, что касается оборудования), потому что приоритет возобновляемой энергии также должен соответствовать требованиям качества.

Развитие альтернативных способов получения энергии тормозят производители и добытчики традиционных источников энергии: у них сильные позиции во власти и есть возможность отстаивать свои интересы. Альтернативная энергия до сих пор довольно дорога по сравнению с традиционной, потому что практически у всех предприятий-производителей установки выходят опытными партиями в очень небольших количествах и соответственно являются очень дорогими. Организация серийного производства и проведение сертификации установок требуют значительных инвестиций, которые полностью отсутствуют. Удешевлению стоимости могла бы способствовать господдержка. Однако же это противоречит интересам тех, чей бизнес основан на добыче традиционного углеводородного топлива. Лишняя конкуренция никому не нужна.

В результате преимущественному использованию возобновляемых источников и развитию альтернативной энергетики отдается предпочтение в основном в тех регионах, где это является наиболее очевидным решением сложившихся энергетических проблем. Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе в тех регионах, где отсутствует централизованное электроснабжение – побережье Северного Ледовитого океана, Якутия, Камчатка, Чукотка, Сахалин, но даже в этих районах энергетические проблемы таким образом решать почти не пытаются.

О дальнейшем развитии альтернативной энергетики говорится в «Энергетической стратегии России на период до 2020 года». Цифры, которых должна достичь наша альтернативная энергетика, очень низки, задачи минимальны, поэтому перелома в российской энергетике ждать не приходится. За счет альтернативной энергетики к 2020 году планируется экономить меньше 1% всех топливных ресурсов. Приоритетом своей «энергетической стратегии» Россия выбирает атомную промышленность как «важнейшую часть энергетики страны».

В последнее время были предприняты некоторые шаги в сторону развития альтернативной возобновляемой энергетики. Минэнерго начало переговоры с французами о перспективах сотрудничества в области альтернативной энергетики. В целом же можно отметить, что состояние и перспективы развития альтернативной энергетики на ближайшие 10-15 лет в целом представляются плачевными.

Список используемых источников

1. Копылов В.А. География промышленности России и стран СНГ. Учебное пособие. – М.: Маркетинг, 2001 – 184 с.

2. Видяпин М.В., Степанов М.В. Экономическая география России. – М.: Инфра – М., 2002 – 533 с.

3. Морозова Т.Г. Экономическая география России – 2 -е изд., ред.- М.: ЮНИТИ, 2002 – 471 с.

4. Арустамов Э.А. Левакова И.В.Баркалова Н.В. Экологические основы природопользования. М. Изд. «Дашков и К». 2002.

5. В. Володин, П. Хазановский Энергия, век двадцать первый.-М 1998

6. А. Голдин «Океаны энергии». М: ЮНИТИ 2000

7. Попов В. Биосфера и проблемы ее охраны. Казань. 1981.

8. Рахилин В. общество и живая природа. М. Наука. 1989.

9. Лаврус В.С. Источники энергии К: НиТ, 1997

10. Э.Берман. Геотермальная энергия – Москва: Мир,1978г.

11. Л. С. Юдасин. Энергетика: проблемы и надежды. М: ЮНИТИ. 1999.

Когда говорят об альтернативной энергетике, то обычно имеют в виду установки по производству электрической энергии из возобновляемых источников – солнечного света и ветра. При этом статистика исключает , станциях, использующих силу морских и океанических приливов, а также геотермальные электростанции. Хотя, эти источники энергии также являются возобновляемыми. Однако, они традиционные, используются в промышленных масштабах уже долгие годы.

Идея использовать силу ветра и солнечную энергию для производства электроэнергии достаточно привлекательная. Ведь это позволит отказаться от использования топлива. Даже привычный пейзаж должен будет измениться. Исчезнут трубы тепловых электростанций, саркофаги атомных. Многие страны перестанут находится в постоянной зависимости от закупок ископаемого топлива. Ведь солнце и ветер есть на Земле повсюду.

Но сможет ли такая энергетика вытеснить традиционную? Оптимисты считают, что так и произойдет. У пессимистов другой взгляд на проблему.

Всемирная статистика показывает, что рост инвестиций в альтернативную энергетику, начиная с 2012 года снижается . Наблюдается даже спад в абсолютных цифрах. Снижение в мировом масштабе произошло в основном за счет Соединенных Штатов Америки, стран Западной Европы. Его не смог даже компенсировать рост японских и китайских инвестиций.

Возможно, статистика несколько искаженная, ведь практически, не поддаются учету точечные производители альтернативной энергетики – отдельные солнечные батареи на крышах жилых домов, ветровые установки, обслуживающие отдельные фермерские хозяйства. А на них по оценкам экспертов приходится около трети всей альтернативной энергетики.

Германия справедливо считается лидером в производстве электричества из возобновляемых источников. Во многом ее энергетика является своеобразным полигоном для выработки перспективных моделей. Установленная мощность ее ветровой и солнечной генерации составляет 80 ГВт. 40 процентов мощностей принадлежит частным лицам, около 10 – фермерам. И только половина – компаниям и государству.

Примерно каждый двенадцатый гражданин Германии является собственником альтернативной энергетической установки. Примерно такие же цифры характеризуют Италию с Испанией. Солнечные энергоустановки подключены к общей сети, таким образом их владельцы одновременно производят и потребляют электроэнергию.

В прежние годы получать альтернативную энергию потребители могли лишь в солнечную погоду, но в настоящее время активно расширяется использование целых комплексов, в которых солнечные батареи дополнены аккумуляторами – традиционными свинцовыми или современными литиевыми. Таким образом появляется возможность накапливать избыточную энергию, чтобы потом ее использовать в темное время суток или же при плохой погоде.

Специалисты оценивают, что подобная связка, позволяет среднестатистической европейской семье, а это четыре человека, сэкономить 60 процентов потребляемой электроэнергии. Тридцатипроцентную экономию дадут непосредственно солнечные батареи, а еще тридцать аккумуляторы.

Экономия значительная, но вот стоимость такой энергии очень высока. Аккумуляторная батарея на шесть КВтч в среднем имеет стоимость 5 000 евро. Если прибавить стоимость установки, обслуживания, выплату налогов и другие расходы, то установка на шесть КВтч обойдется от десяти до двадцати тысяч евро. Теперь же в Германии действует тариф на электричество около 25 центов. Поэтому срок окупаемости альтернативной установки для одной семьи составит около тридцати лет.

Понятно, что ни один аккумулятор не прослужит так долго. Но это справедливо лишь для сегодняшних технологий. По мнению специалистов, стоимость, как аккумуляторных батарей, так и солнечных панелей будет снижаться, а тарифы на электроэнергию увеличиваться. Такой видят перспективы владельцы многих компаний, в частности Google. Именно эта компания является лидером по инвестициям в развитие альтернативной энергетики в США. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, на стоянке у ее центрального офиса установлены солнечные батареи.

В Западной Европе некоторые металлургические заводы и производители цемента заявляют, что в ближайшем будущем готовы к тому, чтобы частично использовать энергию солнечных батарей.

Ряд экспертов предрекают резкий спад спроса на традиционные виды энергоносителей и исчезновение атомной энергетики в обозримом будущем. Вероятно, к таким оценкам прислушиваются и американские энергетические компании. Так, в последние годы в США комиссия, которая регулирует атомную энергетику, не утвердила ни один из проектов АЭС.

Однако, при всех радужных перспективах альтернативная энергетика ставит вопросы, на которые пока нет четких ответов. Одна из основных проблем состоит в том, что развитие отрасли происходит в основном с колоссальной государственной поддержкой. Именно неопределенность в том, сохраниться ли такое положение в ближайшие годы, и вызвало падение интереса инвесторов в США, о котором писалось ранее. Та же картина наблюдается и в Италии, правительство которой урезало «зеленые» тарифы, чтобы сократить дефицит бюджета.

Германия производит около четверти всей электроэнергии, используя альтернативные источники, и даже экспортирует ее. Проблема состоит в том, что эта энергия имеет приоритет для поступления на рынок. А это уже дискриминирует традиционных поставщиков, ущемляет их экономические интересы. Государство дотирует производство по альтернативной технологии, но деньги для дотаций берутся за счет повышения тарифов. Примерно 20% стоимости электроэнергии для немцев – это и есть переплата.

Чем больше производится «зеленой» электроэнергии, тем сложнее выживать традиционным энергетическим компаниям. Их бизнес в Германии уже сегодня находится под угрозой. Крупные энергопроизводители, вкладываясь в альтернативную генерацию, сами попали в собственную ловушку. Большая доля «зеленой» электроэнергии уже обрушила оптовые цены.

Солнечные батареи, ветровые установки не могут выдавать энергию в пасмурные дни, при отсутствии ветра, поэтому отказаться от тепловых электростанций пока нереально, но в связи с приоритетом альтернативной электроэнергии, генерирующие мощности ТЭЦ вынуждены простаивать при солнечной погоде и в ветреные дни, а это увеличивает себестоимость их собственной генерации и сказывается на потребителях.

Рассуждая об альтернативной электроэнергии, обосновывая ее экономичность в будущем, обычно оперируют только стоимостью самих установок. Но для того, чтобы вся энергетическая система работала, и потребитель получал электроэнергию без перебоев, необходимо держать наготове традиционные мощности, которые в результате будут загружены лишь на пятую часть от своих генерирующих мощностей, а это дополнительные расходы. Плюс к этому, необходимо кардинально модернизировать электросеть, сделать ее «умной», чтобы обеспечить перетекание в ней электроэнергии на новых принципах. Все это требует многомиллиардных инвестиций, и пока не совсем ясно, за счет кого они возьмутся.

В прессе альтернативная энергетика подается практически беспроблемной отраслью, сулящей в будущем получение дешевой и экологически чистой в производстве электроэнергии, но серьезный бизнес понимает риски, связанные с ней. Государственная поддержка не слишком надежный источник финансирования, делать на него ставку рискованно. Такой «родник» может пересохнуть в любой момент.

И еще одна существенная проблема. Солнечные и ветровые установки требуют отчуждения огромных площадей земли. Если для условий Соединенных Штатов это не большая проблема, то Западная Европа густо заселена. Поэтому крупных проектов, связанных с альтернативной энергетиков пока не осуществляется.

Энергокомпании, стремясь свести риск к минимуму, инвестируют совместно с различными фондами, в том числе, пенсионными, страховыми компаниями. Но даже в Германии все осуществляемые проекты не масштабные, а точечные. Опыта создания и продолжительной эксплуатации больших генерирующих мощностей в мире до сих пор нет.

Пока проблемы альтернативной энергетики, ее риски обсуждаются в основном экспертами, а потому не представляются обществу актуальными. Энергетика, как и всякая другая сложная, разветвленная и устоявшаяся система, имеет большую инерцию. И лишь годы развития какой-либо новой тенденции способны сдвинуть ее с места. По этой причине, скорее всего, развитие альтернативной энергетики будет все же происходить с государственной поддержкой и иметь режим максимального благоприятствования.

Все активнее ведет себя в США «зеленое» лобби. Даже серьезные исследователи делают ставку на альтернативную энергетику. Так, согласно отчету Стэнфордского университета штат Нью-Йорк уже к 2030 году может полностью удовлетворить потребности в электроэнергии за счет солнечных и ветровых установок. При этом в отчете указывается, что, если грамотно расположить их по территории штата, то нет необходимости поддерживать в резерве работоспособные тепловые генерирующие мощности. Правда, совсем отказаться от традиционной энергетики авторы отчета не предлагают.

Альтернативная энергетика уже перестала быть экзотикой, она реально существует. Понятно, что по мере ее развития количество связанных с ней проблем будет лишь нарастать.