SEED Science


Глобальное изменение климата и энергии
Используемые альтернативные источники энергии

 

 Солнечные батареи

Фото является собственностьюDOE/NREL; фотограф — Билл Тиммерман

Солнечные батареи, установленные на крыше поликлиники в Калькутте (Индия)

Солнечные батареи

Идея использования солнечной энергии появилась много лет назад. Но лишь с 1970-х годов появились технологии, позволяющие воплотить ее в жизнь. В основе лежит простой принцип. Солнечный свет, падая на коллектор, концентрируется и превращается в энергию. Реализовать этот принцип можно несколькими способами, в зависимости от того, как будет использоваться энергия – для подогрева воды в бассейне или для электроснабжения. Основное препятствие здесь – стоимость установки. Специальное оборудование стоит значительно дороже традиционных систем. При этом, инвестиции окупятся лишь через много лет. Несмотря на стоимость, солнечная энергия подходит для энергоснабжения в городах. В сельских районах, где возрастает стоимость прокладки силовых кабелей, солнечная энергия – лучший вариант электроснабжения.

Гидроэлектростанции

На гидроэлектростанциях для вращения турбин используется энергия падающей воды. Такой способ получения электричества требует управления потоком воды, к примеру, рекой, с помощью, например, дамбы. У гидроэлектростанций есть множество преимуществ. Можно сказать, что такой источник – возобновляемый. Генераторы, приводимые в движение водой, не делают выбросов в атмосферу. Поток воды, контролируемый гидроэлектростанцией, определяет количество производимого электричества. В мире из этого источника получают около 20% электричества. Лидируют в использовании гидроэлектростанций Норвегия, Россия, Китай, Канада, США и Бразилия.

Биотопливо

 Биотопливо

Фото является собственностью DOE/NRELЭндрю Карлина, оператора станции Трейси

Грузовик, выгружающий древесную стружку,– биотопливо для станции Трейси (Калифорния)

 

Биомассой называют любой вид биологических отходов – отходы деревообрабатывающий промышленности, сельского хозяйства, мусор, в качестве топлива также используются некоторые виды зерновых культур. Отходы поставляет промышленность: вырубка леса, строительство, производство бумаги, фермерские хозяйства, твердый мусор с городских свалок и метан – газ, вырабатываемый на свалках. Некоторые виды трав после ферментации также могут быть использованы в качестве биотоплива. Во всем мире биотопливо – преимущественно это продукты из древесины, сжигается вместе с углем на теплоэлектростанциях. Биотопливо – основной вариант использования биомассы. Вырабатываемый в процессе ферментации этанол может быть использован самостоятельно, либо в качестве добавки к бензину. В Бразилии большая часть транспорта заправляется этанолом. Биодизельное топливо, сделанное из растительного масла, животного жира и отработанного масла из ресторанов, может полностью заменить обычное дизельное топливо. Такое топливо также можно использовать в смеси. Самый крупный производитель и потребитель биодизельного топлива – Германия.

Несмотря на то, что при сжигании такого топлива выделяется диоксид углерода, биотопливо считается "углеродно нейтральным". Ископаемое топливо выделяет CO2 миллионы лет, создавая избыток CO2 в атмосфере. CO2, выделяемый биомассой при сжигании, поглощается растениями. Ископаемое топливо все еще используется в производстве биотоплива, питая оборудование фермы, приводя в движение грузовики, а также на других этапах процесса. На данный момент, биотопливо не является полностью углеродно нейтральным. Это уменьшает общий объем выбросов CO2, что является шагом в правильном направлении.

Энергия ветра

 Энергия ветра

Фото является собственностью компанииDOE/NREL, Сандиа Нэшнл Лабораториз

Ветряная ферма Колорадо грин, находящаяся недалеко от г. Ламар (Колорадо)

 

Маленькие мельницы были распространены в мире до тех пор пока их не вытеснили сначала паровые, а позже – электрические двигатели. Интерес к большим ветряным турбинам возрос во время нефтяного кризиса в 1970-м году. К 80-м годам, ветровые электростанции - ряды генераторов, начали наполнять сельские районы многих стран мира. Среди основных стран, использующих такой вид энергии, - Германия, США, Дания и Испания, Индия и Китай также начинают использовать энергию ветра.

Гигантские ветряные турбины генерируют электричество когда ветер вращает их огромные лопасти. Лопасти подключены к генератору, вырабатывающему электричество. Крупные ветровые электростанции могут удовлетворить основные энергопотребности. Небольшие электростанции и одиночные ветряки могут вырабатывать электричество для дома, телекоммуникационного оборудования и водяных насосов. Как и в случае с солнечными батареями, постройка ветряной электростанции требует значительных начальных инвестиций, которые не обязательно быстро окупаются.

Геотермальная энергия

В геотермальных источниках энергии естественные свойства природных горячих источников и паровых кратеров используются для получения электричества или обеспечения жителей горячей водой. Геотермальные электростанции направляют пар, выходящий из поверхности земли, в турбины. Турбины вращаются, приводя в движение генераторы, вырабатывающие электричество. Первая паровая электростанция была открыта в итальянском городе Лардерелло в 1904 г. Она работает по сей день. США, Исландия, Филиппины, Россия, Кения и Тибет – вот лишь несколько из 24 стран, использовавших 8900 мегаватт электричества, выработанного геотермальными источниками в 2005 году. В прямом геотермальном нагреве горячая вода, выходящая на поверхность земли (горячие источники), используется для обогрева домов и других построек. В 2005 году геотермальные источники в 72-х странах сгенерировали более 16000 мегаватт энергии.

 

 Геотермальная энергия

Фото является собственностью DOE/NREL. Фотограф: Джоел Реннер, NEEL

Геотермальная электростанция Стимбоут спрингс (Невада)

Ядерная энергия

В 70-х годах ядерная энергия стала альтернативой ископаемому топливу. На ядерной станции проводится контролируемый ядерный распад, выделяется энергия. Недорогое топливо уравновешивает инвестиции, необходимые для строительства ядерных электростанций, в результате электричество становится дешевле. Несмотря на происшествия на электростанции острова Третья миля (шт. Пенсильвания) и в Чернобыле (Украина), ядерное топливо все еще является хорошим источником энергии для многих регионов. Энергия атома обеспечивает 16% энергии для 70 стран мира. Атомные электростанции – первостепенный источник энергии для тех стран, в которых отсутствуют природные ресурсы ископаемого топлива. Франция и Япония уже частично запустили ядерные программы. Современные электростанции имеют множество систем безопасности, предотвращающих плавление ядра и выброс радиоактивных веществ. Сейчас единственной проблемой остается утилизация отработанного топлива, которое может быть использовано для создания ядерного оружия.

Энергия океана

 

Пассивное охлаждение и нагревание

Фото является собственностью Дэна Хираса, автора журнала Новый экологический дом

Пассивное использование солнечной энергии, Эвергрин, Колорадо

Приливные электростанции вырабатывают энергию c помощью приливных волн залива или устья реки. Специальная плотина делит область прилива на верхний и нижний бассейн. Турбины, находящиеся в плотине, вращаются при перемещении воды между бассейнами во время прилива и отлива. Турбины приводят в движение генератор, который вырабатывает электричество.

 

Строительство такой электростанции требует значительных затрат, поэтому станция должна вырабатывать достаточно электроэнергии чтобы окупить инвестиции. Это можно осуществить там, где между высоким и низким бассейнами расстояние минимум 5 метров. Меньшее расстояние делает приливную электростанцию экономически невыгодной. Такому критерию удовлетворяют всего около 40 мест на всей планете. Самая известная приливная станция – Ля Ранс, находится она в Бретани (Франция). Другие станции находятся в Новой Шотландии (Канада), России, Китае, Индии и Уэльсе.

Пассивное охлаждение и нагревание

 

Уникальный способ удержать тепло или создать прохладу в доме – пассивное нагревание и охлаждение. Чтобы нагревать здание зимой и охлаждать летом, этот метод подразумевает использование энергии солнца, а также особенности строительных материалов.

 

Водородные топливные элементы

Многие считают, что будущее – за водородными элементами – большими для электростанций и маленькими для двигателей и других устройств. У водорода много преимуществ. В ходе водородной реакции выделяется тепло, электричество и вода – никаких загрязнений. Водород легкодоступен, его можно получить с помощью ископаемого топлива или, что более важно, с помощью возобновляемых источников. Водород – дешевле и эффективнее, чем любые технологии, основанные на использовании турбин и значительно более эффективен, чем внутреннее сгорание. Сейчас водородные технологии стоят больше, чем любые существующие источники энергии. Способ установки системы, позволяющий контролировать температуру и изготавливать топливные элементы удобных размеров, пока неизвестен. Эти вопросы должны быть решены до того, как водородные элементы начнут вытеснять другие источники энергии.

Синтез

Ядерный синтез в качестве источника энергии все еще находится на стадии эксперимента. Что такое синтез на самом деле? Синтез – источник энергии для солнца и звезд. Четыре ядра (протона) водорода соединяются и превращаются в гелий (два протона и два нейтрона), а также в некоторые частицы. В ходе синтеза высвобождается огромное количество энергии. В водородной бомбе используется неконтролируемый синтез. Ученые сейчас ищут способ управления реакцией синтеза для производства энергии. В контролируемой реакции синтеза радиоактивные вещества существуют только в относительно небольшой отрезок времени. Побочные продукты быстро разрушаются. Кроме того, отработанные материалы не могут быть использованы для изготовления оружия. Преимущества синтеза: реакция чистая, водород, необходимый для проведения реакции, легко доступен. Основная проблема: для существования реакции, необходимо чтобы температура была выше, чем внутри солнца. Чтобы сделать синтез источником энергии, это тепло необходимо как-то ограничить.

В будущем

Исследователи очень долго рассуждали на тему других источников энергии. Один из предложенных способов – получать солнечную энергию со специальных спутников, находящихся в космосе, не завися ни от погодных условий, ни от вращения Земли. Солнечные батареи на спутниках будут преобразовывать энергию солнца в электричество и возвращать ее на Землю. Эту концепцию обсуждали в течение 30 лет, но стоимость проекта и доступность других возобновляемых источников энергии затормозили развитие проекта. Другая теория предлагает получение больших объемов энергии из вращения черных дыр.
 


Looking for more information?