Какие альтернативные виды энергии вы знаете. Альтернативная энергия — будущее человечества

В современном мире проблем хватает. Несмотря на прогнозы фантастов, люди так и не смогли победить голод, а инфекционные заболевания и по сей день представляют смертельную угрозу для жизни и здоровья живущих на Земле. Но основной бедой является исчерпание ресурсов, которые дают нашей цивилизации энергию. Выходом может стать новый нетрадиционный источник энергии. Что же подразумевается под этим понятием?

Что это такое?

Проще говоря, нетрадиционный источник энергии - это такой способ ее получения, который в промышленных масштабах не используется, является экспериментальным и только готовится к более широкому использованию во всем мире. Но главной отличительной чертой подобных способов получения энергии становится их полная экологическая безопасность и возобновляемость.

К ним могут быть отнесены солнечные батареи, электростанции, работающие от энергии приливов. Кроме того, к тому же классу могут быть отнесены биогазовые установки, а также перспективные проекты термоядерных установок (правда, с большой натяжкой).

Солнечная энергия

Этот нетрадиционный источник энергии только весьма относительно может называться «нетрадиционным». Причина только лишь в том, что в настоящее время технология не слишком развита: сказывается загрязненность атмосферы, да и фотоэлементы до сих пор стоят очень недешево. Космос - иное дело. Солнечные батареи имеются на всех космических кораблях и исправно обеспечивают их оборудование бесплатной энергией.

Не нужно предполагать, будто этот «нетрадиционный» источник энергии привлек внимание людей только в наше время. Солнце - это дармовой источник тепла с древнейших времен. Еще цивилизация Шумера использовала емкости на крышах домов, в которых вода нагревалась жаркими летними днями.

В принципе, с тех пор ситуация изменилась не сильно: эффективно развивают это направление энергетики только в тех странах, где есть пустынные и жаркие районы. Так, большая часть Израиля и Калифорнии в США получает энергию, выработанную посредством солнечных батарей. Преимуществ у этого метода хватает: современные фотоэлементы отличаются повышенным КПД, так что с каждым годом мир сможет вырабатывать все большее количество совершенно чистой и безопасной энергии.

К сожалению, цена технологии (о чем мы уже говорили) до сих пор высока, а при производстве батарей используются столь токсичные элементы, что говорить о какой-то экологии вообще становится бессмысленно. Несколько иначе поступают японцы, широко применяющие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии на практике.

Японский опыт

Конечно, солнечные батареи более-менее интенсивно используются и в Японии. Но в последние годы они вернулись к практике с тысячелетней историей: на крышах домов устанавливаются резервуары и трубы черного цвета, вода в которых нагревается солнечными лучами. Учитывая тяжкое положение с энергоносителями в этом островном государстве, экономия средств получается существенной.

На данный момент аналитики считают, что уже к 2025 году солнечная энергия займет социально значимые позиции в большинстве стран мира. Словом, использование нетрадиционных источников энергии в ближайшие 50-70 лет должно стать массовым.

Биогаз

Все крупные людские поселения с незапамятных времен сталкивались с одной общей проблемой - отходами. Целые реки нечистот стали еще больше, когда человек приручил скот и свиней и начал массово его выращивать.

Когда отходов было еще не так много, они могли использоваться для удобрения полей. Но в тот момент, когда поголовье тех же свиней начало исчисляться миллионами, нужно было как-то решать вопрос. Дело в том, что фекалии этого вида животных в свежем виде попросту токсичны для растений. Чтобы сделать их полезными, нужно выдерживать навозную жижу, аэрировать ее и частично использовать препараты для стабилизации уровня рН. Это очень дорого.

Биогаз - это древнейший тренд!

Ученые достаточно быстро обратили внимание на опыт Древнего Китая и Индии, где еще до нашей эры люди начали использовать метан, полученный при перегнивании домашних отходов. Тогда его использовали чаще всего для приготовления пищи.

Потери газа были очень большими, но для упрощения домашней работы его хватало. Кстати говоря, в этих странах подобные решения активно используют и по сей день. Таким образом, биогаз как нетрадиционный источник энергии имеет большие перспективы, если подойти к вопросу с использованием современных технологий.

Была предложена технология переработки стоков животноводческих предприятий, в результате которой на выходе получался чистый метан. Проблема ее развития в том, что создавать подобные предприятия можно только в регионах с развитым животноводством. Кроме того, перспективы увеличения добычи биогаза тем ниже, чем больше на сельскохозяйственных предприятиях используется антибиотиков и моющих средств: даже небольшое их количество тормозит брожение, в результате чего весь навоз покрывается плесенью.

Ветряные генераторы

Помните Дон Кихота с его «великанами»? Идея использования издавна будоражила умы ученых, а потому очень скоро они нашли выход: стали исправно обеспечивать быстро растущее городское население первоклассной мукой.

Разумеется, когда появились первые генераторы электрического тока, умами ученых вновь завладела та же идея. Как же не захотеть использовать безграничную силу ветра для получения бесплатного тока?

Идея эта достаточно быстро была а потому в Японии, Дании, Ирландии и США сейчас немало районов, снабжение которых электричеством на 80 и более процентов осуществляется путем применения ветряков. В США и Израиле сегодня уже есть не один десяток фирм, которые разрабатывают и ставят ветряные генераторы - это весьма перспективный нетрадиционный источник энергии. Определение «нетрадиционный» здесь не слишком уместно, так как ветряная энергия имеет давнюю историю.

Проблем в их случае также хватает. Конечно, электричество получается бесплатным, но для установки ветряка опять-таки нужна пустынная местность, где большую часть года дует ветер. Кроме того, стоимость изготовления и установки мощного генератора (с высотой мачты несколько десятков метров) исчисляется десятками тысяч долларов. А потому позволить себе «бесплатное» электричество могут далеко не все страны, в которых сама возможность генерации тока силой ветра вполне реальна.

Термоядерная энергия

Это предел мечтаний многих современных физиков. Работа по обузданию термоядерной реакции начались еще в 50-х годах прошлого века, но до сих пор действующий реактор так и не был получен. Впрочем, новости с этих фронтов достаточно оптимистичные: ученые предполагают, что в следующие 20-30 лет они все-таки смогут создать действующий прототип.

Кстати, а почему это направление науки так важно? Дело в том, что при слиянии двух атомов водорода или гелия образуется в сотни тысяч раз больше энергии, чем если бы распалось несколько тысяч ядер урана! Запасы трансурановых элементов велики, но они постепенно истощаются. Если же использовать для выработки энергии водород, его запасов только на нашей планете хватит на сотни тысяч лет.

Представьте себе компактный реактор, который без дозаправки может работать несколько десятков лет, полностью обеспечивая электричеством огромную инопланетную базу! Термоядерный нетрадиционный источник энергии - это практический шанс для всего человечества, дающий возможность начать широкое освоение Космоса.

К сожалению, недостатков у технологии очень много. Во-первых, до сих пор нет ни одного мало-мальски рабочего прототипа, а прорывы в этом направлении были очень и очень давно. С тех пор мало слышно о каких-то реальных успехах.

Во-вторых, при слиянии легких ядер образуется огромное количество легких нейтронов. Даже грубые расчеты показывают, что элементы реактора всего за пять лет станут настолько радиоактивными, что их материалы начнут разрушаться, полностью дегенерировав. Словом, технология эта крайне несовершенна, а ее перспективы все еще туманны. Впрочем, даже если верны хотя бы грубые подсчеты, то данный нетрадиционный альтернативный источник энергии наверняка может стать настоящим спасением для всей нашей цивилизации.

Приливные станции

В мифах и преданиях народов мира можно найти массу упоминаний о тех божественных силах, которые руководят приливами и отливами. Человеку внушала трепет исполинская сила, которая может приводить в движение такие массы воды.

Разумеется, с развитием промышленности люди вновь обратили взгляды на приливную энергию, которая позволяла создать электростанции, во многом повторяющие идеи уже давно опробованных и прекрасно зарекомендовавших себя ГЭС. Преимущества - дешевая энергия, полное отсутствие вредных отходов и необходимости затопления земель, как в случае с гидроэлектростанциями. Недостаток - дороговизна строительства.

Выводы

В итоге, можно сказать, что нетрадиционные возобновляемые источники энергии могут примерно на 70% обеспечить человечество недорогим и чистым электричеством, но для их массового использования нужно удешевлять технологии.

Без энергии жизнь человечества немыслима. Все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо - уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. На вопрос «что делать в преддверии энергетического кризиса?» уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии - альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые.

Какие же в настоящее время существуют основные альтернативные источники энергии ?

Солнечная энергия

Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества (используя фотоэлектрические элементы).

К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатками солнечной энергии являются зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.

Варианты использования солнечной энергии:

Ветряная энергия

Одним их перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.

Если вам интересна тема использования энергии ветра, то посмотрите эти статьи:

Геотермальная энергия

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики.

Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие - для получения электричества из тепловой энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому для отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

О том, что запасы нефти, газа и угля не бесконечны, знают даже школьники. Цены на энергоносители постоянно повышаются, заставляя плательщиков тяжко вздыхать и задумываться об увеличении собственных доходов. Несмотря на достижения цивилизации, за пределами городов остается немало мест, в которые не подведен газ, а кое-где нет даже электричества. Там же, где такая возможность есть, стоимость работ по монтажу системы порой абсолютно не соответствует уровню доходов населения. Неудивительно, что альтернативная энергия своими руками вызывает сегодня интерес как у владельцев больших и малых загородных домов, так и у горожан.

Весь окружающий нас мир полон энергии, которая содержится не только в недрах земли. Еще в школе, на уроках географии, мы узнали, что можно с высокой эффективностью в использовать энергию ветра, солнца, приливов и отливов, падающей воды, земного ядра и прочих подобных энергоносителей в масштабах целых стран и континентов. Однако использовать можно и для отопления отдельного дома.

Виды альтернативных источников энергии

Среди вариантов природных источников частного энергоснабжения следует отметить:

• солнечные батареи;
• солнечные коллекторы;
• тепловые насосы;
• ветрогенераторы;
• установки для поглощения энергии воды;
• биогазовые установки.

Располагая достаточным количеством средств, можно купить готовую модель одного из подобных устройств и заказать ее монтаж. Откликаясь на пожелания потребителей, промышленники давно освоили изготовление солнечных панелей, тепловых насосов и т. п. Однако их стоимость остается стабильно высокой. Такие устройства вполне можно сделать самостоятельно, сэкономив некоторое количество денег, но затратив больше времени и сил.

Видео: какую природную энергию можно использовать

Принцип действия и применение солнечных батарей в частном доме

Физическое явление, на котором основан принцип работы этого источника энергии – фотоэффект. Солнечный свет, попадая на её поверхность, высвобождает электроны, что создает избыточный заряд внутри панели. Если подключить к ней аккумулятор, то благодаря зарнице в количестве зарядов в цепи появится ток.

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэффекте

Конструкции, способные улавливать и преобразовывать энергию солнца, многочисленны, разнообразны и постоянно улучшаются. Для множества народных умельцев совершенствование этих полезных конструкций превратилось в отличное хобби. На тематических выставках такие энтузиасты охотно демонстрируют множество полезных идей.

Чтобы сделать солнечные батареи, необходимо приобрести монокристаллические или поликристаллические фотоэлементы, поместить их в прозрачный каркас, который фиксируют прочным корпусом

Видео: изготовление солнечной батареи своими руками

Готовые батареи размещают, разумеется, на самой солнечной стороне крыши. При этом следует предусмотреть возможность регулирования наклона панели. Например, во время снегопадов панели следует размещать практически вертикально, иначе слой снега может помешать работе батарей или даже повредить их.

Устройство и использование солнечных коллекторов

Примитивный солнечный коллектор представляет собой пластину из металла черного цвета, помещенную под тонкий слой прозрачной жидкости. Как известно из школьного курса физики – темные предметы нагреваются сильнее, чем светлые. Эта жидкость при помощи насоса движется, охлаждает пластину и нагревается при этом сама. Контур с нагретой жидкостью можно поместить в бак, подключенный к источнику холодной воды. Нагревая воду в баке, жидкость из коллектора охлаждается. А затем и возвращается обратно. Таким образом, эта энергосистема позволяет получить постоянный источник горячей воды, а в зимнее время ещё и горячие батареи отопления.

Существует три вида коллекторов, отличающихся устройством

На сегодняшний день существует 3 типа таких устройств:

• воздушные;
• трубчатые;
• плоские.

Воздушные

Воздушные коллекторы состоят из пластин темного цвета

Воздушные коллекторы представляют собой пластины чёрного цвета, закрытые стеклом или прозрачным пластиком. Вокруг этих пластин естественно или принудительно циркулирует воздух. Теплый воздух применяется для обогрева комнат в доме или же для сушки белья.

Достоинством является предельная простота конструкции и низкая стоимость. Единственным недостатком является применение принудительной циркуляции воздуха. Но можно обойтись и без неё.

Трубчатые

Плюс такого коллектора - простота и надежность

Трубчатые коллекторы имеют вид нескольких выстроенных в ряд стеклянных трубок, покрытых изнутри светопоглощающим материалом. Они соединены в общий коллектор и через них циркулирует жидкость. Такие коллекторы имеют 2 способа передачи полученной энергии: прямой и косвенный. Первый способ используется в зимнее время. Второй же применяется круглогодично. Существует вариация с использованием вакуумных трубок: одна вставляется в другую и между ними создается вакуум.

Это изолирует их от окружающей среды и лучше сохраняет полученное тепло. Достоинствами являются простота и надёжность. К недостаткам можно отнести высокую стоимость установки.

Плоские

Чтобы сделать работу коллекторов эффективнее, инженеры предложили использовать концентраторы

Плоский коллектор – самый распространенный тип. Именно он послужил примером для объяснения принципа действия этих устройств. Достоинством этой разновидности являются простота и дешевизна в сравнении с другими. Недостатком является значительная потеря тепла, чем другие подтипы не страдают.

Чтобы улучшить уже существующие гелиосистемы инженеры предложили применять подобие зеркал, названное концентраторами. Они позволяют поднять температуру воды со стандартных 120 до 200 C°. Этот подвид коллекторов получил название концентрационных. Это один из самых дорогостоящих вариантов исполнения, что, несомненно, является недостатком.

Полная инструкция по изготовлению монтажу солнечного коллектора в нашей следующей статье:

Использование энергии ветра

Если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела? Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветрогенератора. Это устройство обычно состоит из:

• генератора;
• высокой башни;
• лопастей, которые вращаются, улавливая ветер;
• батареи;
• системы электронного управления.

Принцип действия ветрогенератора довольно прост. Лопасти, вращаясь от сильного ветра, вращают валы трансмиссии(в простонародье – коробку передач). Они соединены с генератором переменного тока. Трансмиссия и генератор расположены в люльке или, по-другому, гондоле. Она может иметь поворотный механизм. Генератор подключен к управляющей автоматике и повышающему напряжение трансформатору. После трансформатора напряжение, увеличившее своё значение, отдается в общую систему электроснабжения.

Ветрогенераторы подходят для местности, где постоянно дует ветер

Поскольку вопросы создания ветрогенераторов изучаются довольно давно, существуют проекты самых разнообразных конструкций этих устройств. Модели с горизонтальной осью вращения занимают довольно большое пространство, а вот ветрогенераторы с вертикальной осью вращения гораздо компактнее. Разумеется, для эффективной работы устройства требуется достаточно сильный ветер.

Достоинства:

• отсутствие выбросов;
• автономность;
• использование одного из возобновляемых ресурсов;

Недостатки:

• необходимость в постоянстве ветра;
• высокая начальная цена;
• шум, издаваемый при вращении, и электромагнитное излучение;
• занимают большие площади.

Ветрогенератор необходимо разместить как можно выше, чтобы его работа была эффективной. Модели, которые имеют вертикальную ось вращения, компактнее, чем при горизонтальном вращении

Пошаговое руководство по изготовлению ветрогенератора своими руками на нашем сайте:

Вода как источник энергии

Самый известный способ использования воды для получения электричества - это, конечно же, ГЭС. Но он не единственный. Есть ещё энергия приливов и энергия течений. А теперь по порядку.

Гидроэлектростанция это плотина, в которой имеется несколько шлюзов для управляемого сброса воды. Эти шлюзы соединены с лопастями турбогенераторов. Протекая под давлением, вода раскручивает его, тем самым вырабатывая электричество.

Недостатки:

• затопление прибрежных территорий;
• уменьшение численности обитателей рек;

Для использования энергии воды строят специальные станции

Сила течений

Этот способ получения энергии похож на ветрогенератораторный, с той лишь разницей, что генератор с лопастями огромных размеров размещается поперек крупного морского течения. Такого как Гольфстрим, например. Но это очень дорого и технически сложно. Поэтому всё крупные проекты остаются пока на бумаге. Тем не менее, существуют небольшие, но действующие проекты, демонстрирующие возможности этого вида энергии.

Энергия приливов

Конструкция электростанции, превращающая эту разновидность энергии в электричество, представляет собой огромную плотину, размещенную в морском заливе. В ней есть отверстия, через которые вода проникает на обратную сторону. Они связаны трубопроводом с электрогенераторами.

Работает приливная электростанция следующим образом: во время прилива уровень воды повышается и создается давление, способное вращать вал генератора. По окончании прилива впускные отверстия закрываются и во время отлива, который происходит через 6 часов, открывают выпускные и процесс повторяется в обратную сторону.

Плюсы этого способа:

• дешевое обслуживание;
• приманка для туристов.

Недостатки:

• значительные затраты на строительство;
• вред для морской фауны;
• ошибки при проектировании могут вызвать затопление близлежащих городов.

Применение биогаза

Во время анаэробной переработки органических отходов выделяется так называемый биогаз. В результате получается смесь газов, состоящая из метана, углекислоты и сероводорода. Генератор для получения биогаза состоит из:

• герметичного бака;
• шнека для перемешивания органических отходов;
• патрубка для выгрузки отработанной массы отходов;
• горловины для заливки отходов и воды;
• патрубка, по которому поступает полученный газ.

Нередко емкость для переработки отходов устраивают не на поверхности, а в толще грунта. Чтобы не допустить утечки полученного газа, ее делают полностью герметичной. При этом следует помнить о том, что в процессе выделения биогаза давление в емкости постоянно повышается, поэтому газ требуется из емкости регулярно отбирать. Помимо биогаза в результате переработки получается отличное органическое удобрение, полезное для выращивания растений.

К устройству и правилам эксплуатации такого предъявляются повышенные требования безопасности, поскольку биогаз опасно вдыхать и он может взорваться. Впрочем, в ряде стран мира, например, в Китае, этот способ получения энергии распространен довольно широко.

Подобная установка для получение биогаза может стоить недешево

Этот продукт переработки отходов можно использовать как:

• сырье для тепловой электростанции и когенерационной установки;
• замену природному газу в плитах, горелках и котлах.

Сильной стороной этого вида топлива являются возобновляемость и доступность, особенно в деревнях, сырья для переработки. Этот вид топлива имеет и ряд недостатков, таких как:

• выбросы от сжигания;
• несовершенная технология получения;
• цена аппарата для создания биогаза.

Конструкция генератора для получения биогаза очень проста, однако при его эксплуатации следует соблюдать определенную осторожность, поскольку биогаз - опасное для здоровья горючее вещество

Состав и количество биогаза, получаемого из отходов, зависит от субстрата. Больше всего газа получают при использовании жира, зерна, технического глицерина, свежей травы, силоса и т. п. Обычно в бак загружают смесь из отходов животного и растительного происхождения, в которую добавляют некоторое количество воды. В летнее время рекомендуется увеличить влажность массы до 94-96%, а в зимнее время достаточно и 88-90% влаги. Воду, подаваемую в резервуар с отходами, следует подогревать до 35-40 градусов, иначе процессы разложения будут замедлены. Чтобы сохранить тепло, снаружи на бак монтируют слой теплоизоляционного материала.

Применение биотоплива (биогаза)

Действие теплового насоса основано на обратном принципе Карно. Это довольно большое и достаточно сложное устройство, которое собирает низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды и преобразовывает ее в энергию с высоким потенциалом. Чаще всего тепловые насосы используют для обогрева помещений. Устройство состоит из:

• наружного контура с теплоносителем;
• внутреннего контура с теплоносителем;
• испарителя;
• компрессора;
• конденсатора.

В системе также используется фреон. Наружный контур теплового насоса может поглощать энергию из различной среды: земли, воды, воздуха. Затраты труда на его создание зависят от типа насоса и его конфигурации. Сложнее всего устроить насос типа «земля-вода», в котором наружный контур горизонтально располагается в толще грунта, поскольку это требует масштабных земляных работ. Если возле дома есть водоем, имеет смысл сделать тепловой насос типа «вода-вода». В этом случае наружный контур просто опускают в водоем.

Тепловой насос преобразует низкопотенциальную энергию земли, воды или воздуха в высокопотенциальную тепловую энергию, которая позволяет вполне эффективно обогреть здание

Эффективность работы теплового насоса зависит не столько от того, как высока температура среды, сколько от ее постоянства. Правильно спроектированный и установленный тепловой насос может обеспечить дом достаточным количеством тепла в зимнее время, даже при очень низкой температуре воды, земли или воздуха. В летнее время тепловые насосы могут выполнять роль кондиционера, охлаждая жилище.

Чтобы использовать такие насосы, нужно предварительно выполнить буровые работы

К достоинствам этих установок можно отнести:

• энергоэффективность;
• пожаробезопасность;
• многофункциональность;
• длительная эксплуатация до первого капитального ремонта.

Слабой стороной подобной системы являются:

• высокая изначальная цена в сравнении с другими способами обогрева здания;
• требование к состоянию питающей электросети;
• более шумные, чем классический газовый котел;
• необходимость проведения буровых работ.

Видео: как работают тепловые насосы

Как видите, для того чтобы обеспечить свой дом теплом и электричеством, можно использовать солнечную энергию, силу ветра и воды. У каждого из способов есть свои преимущества и недостатки. Но тем не менее, из всех существующих вариантов можно использовать метод, который будет и недорогим, и эффективным.

До недавнего времени основными источниками энергии являлись: нефть, уголь, вода и . Однако природные ресурсы стремительно истощаются, цены на них растут, к тому же выбросы от их переработки оказывают негативное влияние на окружающую среду. По этим причинам многие страны склоняются к внедрению и развитию в области энергетики, которые позволят заменить традиционные виды топлива. В данной статье мы рассмотрим, что такое альтернативные источники энергии, их виды, эффективность и перспективы применения.

Читайте в статье

Альтернативные источники энергии – что это такое

Альтернативный источник энергии (АИЭ) представляют собой экологически чистый возобновляемый ресурс, который при преобразовании позволяет получать тепло или электричество, используемые для повседневных нужд человека. К таким ресурсам следует отнести все существующие виды природных водоёмов, солнце, ветер, тепло из недр земли, а также переработанное вторсырьё. Альтернативные источники энергии, в отличие от традиционных видов, могут возобновляться неограниченное количество раз, они более эффективны, дешевле и экологически безопасны.

Виды альтернативных источников энергии

В зависимости от возобновляемого ресурса современные источники энергии разделяются на несколько видов, которые определяют способы её преобразования и типы установок, предназначенных для этого. Рассмотрим кратко альтернативные источники энергии и их характеристики.

Использование альтернативных источников энергии – солнце и ветер

Преобразование энергии солнца при помощи специальных устройств позволяет получать тепло и электричество для дальнейшего использования. Электрическая энергия генерируется благодаря физическим процессам, которые происходят в кремниевых полупроводниках солнечных панелей под воздействием солнечных лучей, а тепловая – свойствам газов и жидкостей.

Использование ветра в качестве альтернативного источника энергии основано на преобразовании силы воздушных потоков в электричество при помощи специальных генераторных установок. Ветрогенераторы имеют различную конструкцию и габариты, а также отличаются и по месту расположения. Ветер приводит в движение лопасти, которые, в свою очередь, вращают генератор, вырабатывающий электроэнергию.

Вода и тепло Земли на службе человека

Силу воды для получения электроэнергии человек научился использовать уже давно. Раньше для этого строились гидроэлектростанции, которые перекрывали реки, это были как небольшие, так и грандиозные сооружения. С развитием технологий конструкции гидроэлектростанций изменились, и теперь появилась возможность получать электричество не только за счёт силы речного потока, но и благодаря приливам морей и океанов (приливные станции). Вода падает на лопасти турбин, вращающих генератор, который вырабатывает электроэнергию, поступающую к потребителю.

В недрах нашей Земли скрыты огромные запасы тепла, которые позволяют заменить более дорогостоящие и «грязные» источники энергии. Это направление называется геотермальной энергетикой, в которой используют четыре основных вида теплоресурсов:

• поверхностное тепло земли;
• энергия пара и горячей воды, находящиеся у поверхности земли;
• тепло, сконцентрированное глубоко в недрах планеты;
• энергия магмы и тепла, скапливаемого под вулканами.

Внутреннее тело земли используется для отопления домов и производства электричества. Его запасы в 35 млрд раз превышают годовую потребность в энергии во всём мире. Первая геотермальная электростанция мощностью в 7,5 МВт была введена в Италии в 1916 году. На данный момент себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ТеоТЭС, практически равна той, что производится угольными ТЭС.

Геотермальная электростанция Хеллишейди в Исландии – хороший проект альтернативного источника электроэнергии

Биотопливо – альтернатива бензину

Биотопливо является альтернативным источником энергии, которая получается вследствие переработки органического сырья или отходов. Этот вид топлива может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. В качестве твёрдого биотоплива используется дерево, брикеты и пеллеты из её отходов древесины или сельхозпродукции (лузга подсолнечника и гречихи, ореховая скорлупа и т.д.). Данное топливо используют для выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС.

Жидкое биотопливо получают путём переработки растительной массы определённых сельскохозяйственных культур и их отходов (солома) и используют в основном в качестве горючего для автомобилей. К этому виду экотоплива можно отнести:

• биоэтанол;
• биометанол;
• биобутанол;
• биодизель;
• диметиловый эфир.

Газообразное экотопливо бывает трёх видов: биогаз, биоводород и метан. Его получают посредством брожения биологической массы. Сырьё подвергается воздействию особых бактерий, которые разлагают биомассу, и вследствие этого вырабатывается газ.

Развитие альтернативных источников энергии

По данным Минэнерго РФ, доля использования альтернативных источников энергии в России составляет всего лишь 1%. Планируется увеличить данный показатель к 2020 году до 4,5%, за счёт привлечения не только средств правительства Российской Федерации, но и частных предпринимателей. Развитие альтернативной энергетики имеет большой потенциал:

• ввиду малой заселённости морских и океанских побережий Камчатки, Чукотки, Сахалина и других территорий возможно развитие ветровой и приливной энергетики;
• актуально развитие солнечной энергетики, особенно в Ставропольском и Краснодарском крае, на Северном Кавказе, Дальнем Востоке и пр.

К сожалению, альтернативная энергетика не является приоритетным направлением российской промышленности. Основной проблемой является финансирование подобных проектов. Иногда добыча угля и нефти обходится дешевле, чем строительство ветрогенераторных и солнечных электростанций.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Владельцы частных домов, благодаря использованию альтернативных источников энергии, могут существенно снизить расходы по или полностью отказаться от услуг поставщиков газа, электричества и тепла. Также имеется возможность не только сделать своё хозяйство энергонезависимым, но и реализовывать излишки. Государство всячески поощряет развитие и использование установок альтернативных источников энергии рядовыми гражданами. Для получения тепла и электричества при помощи нетрадиционных источников энергии можно использовать заводское оборудование или сделать его своими руками. Итак, альтернативная энергетика позволяет:

• преобразовывать солнечную энергию в электричество или тепло для горячего водоснабжения и низкотемпературного отопления;
• с помощью специальных генераторов получать электроэнергию, используя силу ветра;
• с помощью специальных насосов забирать из земли, воды и воздуха тепло и отапливать дома и вырабатывать электроэнергию посредством теплогенераторов;
• получение газа из отходов сельхозпродукции, биологических материалов и продуктов жизнедеятельности домашних животных и птиц.

Наибольшая эффективность достигается путём использования нескольких видов источника альтернативной энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Использование энергии солнца позволяет получать при помощи солнечных полупроводниковых панелей и коллекторов электричество и горячую воду для отопления и ГВС. Под воздействием света на кремниевые элементы возникает направленное движение электронов (электрический ток). Соединив достаточное количество панелей, можно получить электричество, которое хватит для обеспечения нужд одного дома. Так, например, солнечная батарея площадью 1,4 м2 при хорошей освещённости выдаёт 24 В при мощности порядка 270 Вт. Поскольку солнце светит не всё время и с разной силой, то невозможно подключить бытовые приборы напрямую к преобразующим панелям. Для того чтобы пользоваться электричеством от солнечных батарей, нужна целая система, включающая в себя:

• аккумулятор (АКБ) для накопления излишков электроэнергии (задействуется в тёмное время суток и ненастную погоду);
• контроллер (необязателен, но рекомендован) предназначен для мониторинга уровня заряда АКБ, чтобы не допустить полной разрядки или перезаряда, а также для оптимизации работы солнечных панелей;
• инвертор , преобразующий постоянный ток в переменный и позволяющий получить напряжение в 220−230 В.

Для того чтобы сделать дом или дачу полностью независимым от централизованного электроснабжения, необходимо установить большое количество батарей и несколько аккумуляторов. Это, конечно, недёшево, но в итоге полностью окупается за сравнительно короткий срок. Набор панелей для выработки 1500 Вт в сутки, чего хватит для обеспечения дачи или некоторых электроприборов в доме, стоит порядка 1 000 $, для производства 4 кВт – около 2 200 $, а 9 кВт – 6 200 $. Можно купить небольшую установку и впоследствии дополнить её новыми солнечными батареями, добившись требуемой мощности.

Альтернативные источники электроэнергии для частного дома – солнечные панели

Итак, мы уже рассмотрели, что солнечная энергия может использоваться для получения электроэнергии (полупроводниковые панели) и тепла для отопления и горячего водоснабжения (коллекторы). Разберём, что представляют собой солнечные батареи. состоит из определённого количества кремниевых фотоэлементов (бытовые модели). Такие панели имеют КПД в 20−24% и сравнительно невысокую стоимость. Фотоэлементы соединяются между собой, и их контакты выводятся на клеммы, находящиеся на закрытом корпусе каждой батареи. Корпус изготавливают из анодированного алюминия, а лицевую панель − из прочного стекла высокого качества и покрытого антибликовым составом.

Статья по теме:

Что такое, принципы работы и виды солнечных батарей для частного дома, стоимость комплекта, отзывы, технические характеристики, рекомендации специалистов — читайте в публикации.

Солнечные коллекторы – достойная замена традиционным водонагревателям

Солнечные теплоколлекторы позволяют накапливать 600−800 Вт/ч с одного квадратного метра и обеспечить дом достаточным количеством энергии для отопления и ГВС. Конструкционно коллекторы разделяются на следующие основные группы:

• вакуумные . Плоские или многотрубные конструкции с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя в системе. В основном это стационарные коллекторы, предназначенные для сезонного использования;
• воздушные солнечные системы , которые являются наиболее лёгкими и простыми. Тепло с нагретой поверхности коллектора снимается потоком воздуха;
• в третьем варианте тепло от солнечных коллекторов может использоваться для трансформации его в электроэнергию.

Последний вариант не пользуется особой популярностью среди рядовых потребителей из-за сложности обслуживания и высокой стоимости оборудования.

Тепловые насосы для отопительных систем частных домов

В настоящее время для и обеспечения их горячим водоснабжением в основном применяют различные виды котлов – , дизельные, и . Сравнительно недавно появился ещё один способ нагрева жидкости при помощи , но пока он ещё не получил достаточно широкого применения. , двигаясь по путепроводу, проложенному в грунте на определённой глубине, нагревается на несколько градусов и поступает в испаритель. Далее нагретая жидкость отдаёт тепло хладагенту, который при низких температурах превращается в пар и поступает в компрессор. В компрессоре он сжимается, что приводит к увеличению давления и, соответственно, повышению температуры.

Сжатый нагретый хладагент перемещается в конденсатор, где отдаёт тепло другому теплоносителю (воздух, вода или ). В результате этого процесса происходит охлаждение хладагента и возврат его в жидкое состояние. После этого жидкость поступает в испаритель, и весь цикл повторяется.

Статья по теме:

Что такое, принципы работы, основные виды тепловых насосов, обзор производителей, дополнительные возможности тепловых насосов и как сделать тепловой насос своими руками, рекомендации специалистов — читайте в публикации.

Энергия ветра как альтернативный источник энергии

Использование силы ветра для получения электричества особенно актуально в тех регионах планеты, где нет возможности использовать другие источники энергии. Стационарные ветрогенераторы (в зависимости от количества установок) позволяют обеспечить электроэнергией дом, производство и даже городские районы. Устройства для преобразования энергии ветра в электричество делятся на две группы:

1. Вертикальные . Преимущество такой конструкции заключается в том, что нет необходимости устанавливать её, ориентируясь на преобладающие ветра. В силу недостаточной эффективности используются для частных домовладений. Именно этот тип ветрогенератора умельцы предпочитают изготавливать для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии. Такие конструкции просты, обладают достаточной устойчивостью к нагрузкам и могут быть легко усовершенствованы для увеличения мощности.
2. Горизонтальные. Обладают большей эффективностью, чем вертикальные ветрогенераторы, но нуждаются в корректировки положения в соответствии с направлением ветра. Используются в основном для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.

Установка для производства биогаза

Биогаз – один из экологически чистых альтернативных источников энергии, способ получения которого не оказывает большого влияния на окружающую среду. Тем более что для его получения используются отходы жизнедеятельности человека, животных и сельского хозяйства, нуждающиеся в утилизации. Эта технология постоянно усовершенствуется, но среди нетрадиционных источников электроэнергии она не пользуется такой популярностью, как солнечные батареи, ветрогенераторы или термальные станции.

Этот вид биотоплива получают путём брожения сырья в специальном реакторе. Отходы загружают в установку и подвергают их воздействию специальных бактерий в течение определённого времени, которое зависит от объёмов сырья. В результате подобной переработки вырабатывается горючая смесь (60% метана, 35% углекислоты и 5% прочих видов газов), а также сероводород, который является потенциально опасным для человека. Полученный продукт проходит очистку и по трубам поступает к приборам-потребителям (отопительным котлам, газовым печам и т.д.) или при излишках в накопитель (газгольдер).

Отходы, оставшиеся после получения биогаза, требуется регулярно удалять из реактора. Сырьё после брожения широко используется в сельском хозяйстве в качестве высококачественного удобрения. Установка для получения этого вида топлива выгодна владельцам животноводческих ферм или сельскохозяйственных предприятий, а также тем, кто имеет доступ к необходимому сырью. Биореактор можно приобрести в специализированных компаниях, заказать или сделать своими руками.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии

Альтернативные источники возобновляемой энергии используются и развиваются в различных странах неравномерно. Но там, где этим направлениям оказывают широкую государственную поддержку, результаты впечатляют. Использование АИЭ позволяет значительно улучшить экологию и получить значительную экономию.

Альтернативная энергетика позволит спасти человечество от энергетического кризиса, а планету от истощения и загрязнения окружающей среды. Несмотря на упорное сопротивление компаний-монополистов, предлагающих в качестве основных источников энергии уголь, нефть и газ, развитые страны стремятся перевести практически все виды производства на АЭИ. Так что у развития нетрадиционных источников энергии огромные перспективы.

Несколько слов в заключение

Полностью перейдя на использование альтернативных источников энергии, можно не только получить практически бесплатное тепло, электричество и экотопливо, но и очистить окружающую среду от вредных для здоровья человека выбросов и парниковых газов. Установки для АИЭ можно сделать своими руками и обогревать дом теплом и электроэнергией, а продавая излишки государству, даже получать прибыль. Надеемся, наша статья была для вас полезной, а если остались вопросы, то задавайте их в комментариях, и наши эксперты с радостью на них ответят.

В связи с развитием производственных технологий и значительным ухудшением экологической ситуации во многих регионах земного шара, человечество столкнулось с проблемой поиска новых источников энергии. С одной стороны, количество добываемой энергии должно быть достаточным для развития производства, науки и коммунально-бытовой сферы, с другой стороны, добыча энергии не должна отрицательно сказываться на окружающей среде.

Данная постановка вопроса привела к поиску так называемых альтернативных источников энергии — источников, соответствующих вышеуказанным требованиям. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, на данный момент большинство из них уже используется более или менее широко. Предлагаем вашему вниманию их краткий обзор:

Солнечная энергия

Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах, они преобразуют солнечную энергию в электрическую. Существуют разные способы такого преобразования и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.

Энергия ветра

Ветроэнергетические установки (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых западноевропейских странах (например в Дании, где 25% всей электроэнергии добывают именно таким способом). Ветроэнергетика является весьма перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций данного типа.

Биотопливо

Главными преимуществами данного источника энергии перед другими видами топлива являются его экологичность и возобновляемость. К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (торф, отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Энергия приливов и волн

В отличие от традиционной гидроэнергетики, использующей энергию водного потока, альтернативная гидроэнергетика пока не получила широкого распространения. К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, их за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии. Основные плюсы — высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.

Тепловая энергия Земли

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Петротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

Атмосферное электричество

(Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты )

Грозовая энергетика, основывающаяся на захвате и накоплении энергии молний, пока находится в стадии становления. Главными проблемами грозовой энергетики являются подвижность грозовых фронтов, а также быстрота атмосферных электрических разрядов (молний), затрудняющая накопление их энергии.