Виды, преимущества и перспективы возобновляемой энергии

Солнечные коллекторы могут применяться для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах. Стоимость материалов необходимых для производства простейшей «солнечной кухни» составляет $3—$7.

Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10 %. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов и вреду для здоровья. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн тонн СО2. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров. Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин.

Существуют различные международные программы распространения солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили соглашение о поставках 19 000 солнечных кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО2 на 1,7 млн тонн в 2008—2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы

Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

Информация в этом разделе устарела.

Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Согласно отчёту ООН, в 2008 году во всём мире было инвестировано $140 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в добычу угля и нефти было инвестировано $110 млрд.

Ветроэнергетика Энергия ветра

Ветроэнергетика
— отрасль энергетики, специализирующаяся
на использовании энергии ветра —
кинетической энергии воздушных масс в
атмосфере.

Человек
использует энергию ветра с незапамятных
времен. Но его парусники, тысячелетиями
бороздившие просторы океанов, и ветряные
мельницы использовали лишь ничтожную
долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми
обладают ветры, дующие на Земле. Полагают,
что технически возможно освоение 40
млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз
превышает гидроэнергетический потенциал
планеты.

Почему
же столь обильный доступный и экологически
чистый источник энергии так слабо
используется? В наши дни двигатели,
использующие ветер, покрывают всего
одну тысячную мировых потребностей в
энергии.

Ветровой
энергетический потенциал Земли в 1989
году был оценен в 300 млрд. кВт * ч в год.
Но для технического освоения из этого
количества пригодно только 1,5%. Главное
препятствие для него – рассеянность и
непостоянство ветровой энергии.
Непостоянство ветра требует сооружения
аккумуляторов энергии, что значительно
удорожает себестоимость электроэнергии.
Из-за рассеянности при сооружении равных
по мощности солнечных и ветровых
электростанций для последних требуется
в пять раз больше площади (впрочем, эти
земли можно одновременно использовать
и для сельскохозяйственных нужд). Но на
Земле есть и такие районы, где ветры
дуют с достаточным постоянством и силой.
Примерами подобных районов могут служить
побережья Северного, Балтийского,
арктических морей.

Новейшие
исследования направлены преимущественно
на получение электрической энергии из
энергии ветра. Стремление освоить
производство ветроэнергетических машин
привело к появлению на свет множества
таких агрегатов. Некоторые из них
достигают десятков метров в высоту, и,
как полагают, со временем они могли бы
образовать настоящую электрическую
сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты
предназначены для снабжения электроэнергией
отдельных домов.

Сооружаются
ветроэлектрические станции преимущественно
постоянного тока. Ветряное колесо
приводит в движение динамо-машину –
генератор электрического тока, который
одновременно заряжает параллельно
соединенные аккумуляторы.

Сегодня
ветроэлектрические агрегаты надежно
снабжают током нефтяников; они успешно
работают в труднодоступных районах, на
дальних островах, в Арктике, на тысячах
сельскохозяйственных ферм, где нет
поблизости крупных населенных пунктов
и электростанций общего пользования.

Современные
методы генерации электроэнергии из
энергии ветра

Принцип
действия всех ветродвигателей один:
под напором ветра вращается ветроколесо
с лопастями, передавая крутящий момент
через систему передач валу генератора,
вырабатывающего электроэнергию, водяному
насосу. Чем больше диаметр ветроколеса,
тем больший воздушный поток оно
захватывает и тем больше энергии
вырабатывает агрегат.

Принципиальная
простота дает здесь исключительный
простор для конструкторского творчества,
но только неопытному взгляду ветроагрегат
представляется простой конструкцией.

Виды, преимущества и перспективы возобновляемой энергии

Традиционная
компоновка ветряков – с горизонтальной
осью вращения – неплохое решение для
агрегатов малых размеров и мощностей.
Когда же размахи лопастей выросли, такая
компоновка оказалась неэффективной,
так как на разной высоте ветер дует в
разные стороны. В этом случае не только
не удается оптимально ориентировать
агрегат по ветру, но и возникает опасность
разрушения лопастей.

Для
крыльчатых ветродвигателей, наибольшая
эффективность которых достигается при
действии потока воздуха перпендикулярно
к плоскости вращения лопастей крыльев,
требуется устройство автоматического
поворота оси вращения. С этой целью
применяют крыло-стабилизатор. Карусельные
ветродвигатели обладают тем преимуществом,
что могут работать при любом направлении
ветра, не изменяя своего положения.

Коэффициент
использования энергии ветра у крыльчатых
ветродвигателей намного выше, чем у
карусельных. В то же время, у карусельных
ветродвигателей намного больше момент
вращения. Он максимален для карусельных
лопастных агрегатов при нулевой
относительной скорости ветра.

Распространение
крыльчатых ветроагрегатов объясняется
величиной скорости их вращения. Они
могут непосредственно соединяться с
генератором электрического тока без
повышающего редуктора. Скорость вращения
крыльчатых ветродвигателей обратно
пропорциональна количеству крыльев,
поэтому агрегаты с количеством лопастей
больше трех практически не используются.

РВиды, преимущества и перспективы возобновляемой энергииазличие
в аэродинамике дает карусельным
установкам преимущество в сравнении с
традиционными ветряками. При увеличении
скорости ветра они быстро наращивают
силу тяги, после чего скорость вращения
стабилизируется. Карусельные ветродвигатели
тихоходны и это позволяет использовать
простые электрические схемы, например,
с асинхронным генератором, без риска
потерпеть аварию при случайном порыве
ветра. Еще более важным преимуществом
карусельной конструкции стала ее
способность без дополнительных ухищрений
следить за тем “откуда дует ветер”,
что весьма существенно для приземных
рыскающих потоков. Ветродвигатели
подобного типа строятся в США, Японии,
Англии, ФРГ, Канаде.

Карусельный
лопастный ветродвигатель наиболее
прост в эксплуатации. Его конструкция
обеспечивает максимальный момент при
запуске ветродвигателя и автоматическое
саморегулирование максимальной скорости
вращения в процессе работы. С увеличением
нагрузки уменьшается скорость вращения
и возрастает вращающий момент вплоть
до полной остановки.

Виды, преимущества и перспективы возобновляемой энергии

Ортогональные
ветродвигатели, как полагают специалисты,
перспективны для большой энергетики.
Сегодня перед ветропоклонниками
ортогональных конструкций стоят
определенные трудности. Среди них, в
частности, проблема запуска.

В
ортогональных установках используется
тот же профиль крыла, что и в дозвуковом
самолете (см. рис. 1. (6)). Самолет, прежде
чем “опереться” на подъемную силу
крыла, должен разбежаться. Так же обстоит
дело и в случае с ортогональной установкой.
Сначала к ней нужно подвести энергию –
раскрутить и довести до определенных
аэродинамических параметров, а уже
потом она сама перейдет из режима
двигателя в режим генератора.

Соседние файлы в папке ЭСС

1 Возобновляемые источники энергии

Это
виды энергии, непрерывно возобновляемые
в биосфере Земли. К ним относится энергия
солнца, ветра, воды (в том числе сточных
вод), исключая применения данной энергии
на гидроаккумулирующих электроэнергетических
станциях. Энергия приливов, волн водных
объектов, в том числе водоемов, рек,
морей, океанов. Геотермальная энергия
с использованием природных подземных
теплоносителей. Низкопотенциальная
тепловая энергия земли, воздуха, воды
с применением особых теплоносителей.
Биомасса, включающая в себя специально
выращенные для получения энергии
растения, в том числе деревья, а также
отходы производства и потребления, за
исключением отходов, полученных в
процессе использования углеводородного
сырья и топлива. А также биогаз; газ,
выделяемый отходами производства и
потребления на свалках таких отходов;
газ, образующийся на угольных разработках.

Теоретически
возможна и энергетика, основанная на
использовании энергии волн, морских
течений, теплового градиента океанов
(ГЭС установленной мощностью более 25
МВт). Но пока она не получила распространения.

Способность
источников энергии возобновляться не
означает, что изобретен вечный двигатель.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
используют энергию солнца, тепла, земных
недр, вращения Земли. Если солнце
погаснет, то Земля остынет, и ВИЭ не
будут функционировать.

Возобновляемые источники энергии

Возобновляемая и не возобновляемая энергия

Невозобновляемая энергия – это электричество, полученное из невозобновляемых источников энергетических ресурсов. К ним можно отнести: газ, уголь, нефть, уран.

Возобновляемый источник электричества (ВИЭ) – это, наоборот, энергия, получаемая из пополняемых источников. К ним можно отнести ветер, течении воды, Солнце и биотопливо.

Возобновляемые ресурсы окружают нас повсюду и из ни можно использовать полезно для выработки энергии. Как же нам получить из этого электричество? Об этом будет рассказано ниже, поэтому запасаемся чаем и читаем внимательно.

Экономика солнечной энергетики

Типичные факторы стоимости для солнечной энергии для случая фотовольтоники включают стоимость модулей, конструкций для их размещения, проводки, инверторов, стоимости рабочей силы, любой земли, которая может потребоваться, подключение к сети, техническое обслуживание и масштабы солнечную инсоляцию, которую место установки СЭС.

Цены на установку мощностей

Зависимость производительности от местоположения станции

Производительность солнечной энергии в регионе зависит от солнечной радиации, которая меняется в течение дня и года и зависит от широты и климата. Выходная мощность фотоэлектрической системы также зависит от температуры окружающей среды, скорости ветра, солнечного спектра, местных условий загрязнения и других факторов.

Направления альтернативной энергетики

Альтернативные источники энергии

  1. обозначены нетрадиционные способы использования энергии.
  2. Зелёным цветом залиты возобновляемые источники энергии.

В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их используют в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае.

  • Автономные ветрогенераторы
  • Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

  • Жидкое: Биодизель, биоэтанол.
  • Твёрдое: древесные отходы и биомасса (щепа, гранулы (топливные пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., топливные брикеты)
  • Газообразное: биогаз, синтез-газ.

Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 80 странах.

  • Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
  • Энергетическая башня, совмещает солнечную и ветроэнергетику. Есть два варианта. Первый — охлаждение нагретого солнцем воздуха на высоте нескольких сотен метров и преобразование кинетической энергии нисходящих потоков воздуха в электроэнергию. Второй — нагревание солнцем почвы и воздуха в очень большом парнике и преобразование кинетической энергии восходящего потока воздуха в электроэнергию.
  • Фотоэлектрические элементы
  • Наноантенны

Российский волновой генератор
«Ocean 160»

  • Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае, Южной Корее, Норвегии
  • Волновые электростанции.
  • Мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках).
  • Энергия температурного градиента морской воды
  • Аэро ГЭС (конденсация влаги из атмосферы, в том числе из облаков)[4][5] — работают опытные установки[6].

Используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

  • Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
  • Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

Мускульная сила человека

Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время она продолжает использоваться для транспортных средств на мускульной тяге — велосипед, самокат, веломобиль и т. п.

Криоэнергетика — это способ аккумулирования избыточной энергии посредством сжижения воздуха.

В ВМФ Швеции субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Двигатели работающие на жидком кислороде, который используется в дальнейшем для дыхания, имеют очень низкий уровень шума.

Гравитационная энергетика — аккумулирование избыточной энергии посредством запасания её в виде потенциальной энергии гравитационного поля.

Управляемый термоядерный синтез

Синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер. До сих пор не применяется.

Читайте также:  Класс точности электросчетчиков и что это такое и каким он должен быть по закону?

Направления альтернативной энергетики помимо использования нетрадиционных источников энергии

Распределённое производство энергии

Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.

На сегодняшний день для производства водорода требуется больше энергии, чем возможно получить при его использовании, поэтому считать его источником энергии нельзя. Он является лишь средством хранения и доставки энергии.

Согласно оценке HydrogenCouncil (ассоциация крупных международных компаний, куда входят Total, Toyota, BP, Shell и другие, в основном европейские и японские, корпорации), в 2050 году доля водорода в потреблении энергии составит 18 %.

Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии представляют собой ключевой элемент устойчивого развития и перехода к экологически чистому будущему. Они отличаются от традиционных источников энергии, таких как ископаемые топлива, тем, что могут быть восстановлены за относительно короткий период времени. Это важно, учитывая ограниченность ресурсов и растущую потребность в энергии.

Возобновляемые источники энергии включают:

Солнечная энергия получается из солнечного излучения, которое может быть преобразовано в электрическую энергию или использовано для нагрева воды и помещений. Солнечные батареи и солнечные тепловые системы становятся все более популярными и эффективными, предоставляя надежный источник энергии.

Ветровая энергия получается путем использования ветра для приведения в движение ветрогенераторов. Ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Они могут быть установлены как на суше, так и на море, и являются одним из наиболее эффективных способов генерации возобновляемой энергии.

Гидроэнергия основана на использовании потока воды для приведения в движение турбин. Гидроэлектростанции могут быть построены на реках, потоках или водопадах. Они обеспечивают стабильную и надежную генерацию электроэнергии, и их потенциал еще не полностью освоен.

Биомасса – это органический материал, такой как древесина, сельскохозяйственные отходы, растительные и животные отходы. Она может быть использована для производства тепла и электроэнергии через процессы сжигания, газификации или биогазовой ферментации. Этот источник энергии особенно важен для утилизации отходов и сокращения выбросов парниковых газов.

Геотермальная энергия получается из тепла, накапливающегося внутри Земли. Геотермальные электростанции используют гейзеры, горячие источники или глубокие скважины, чтобы получить пар и горячую воду, которые приводят в движение турбины и генерируют электрическую энергию.

Приливно-отливная энергия эксплуатирует приливные движения океанов и морей для приведения в движение турбин. Она является стабильным и предсказуемым источником энергии, но требует специальной инфраструктуры для его использования.

Источники возобновляемой энергии

Термоядерный синтез Солнца является первоисточником большинства видов возобновляемой энергии, за исключением геотермической энергии и энергии приливов и отливов. По расчётам астрономов, оставшаяся продолжительность жизни Солнца составляет около пяти миллиардов лет, так что по человеческим масштабам возобновляемой энергии, происходящей от Солнца, истощение не грозит.

В строго физическом смысле энергия не возобновляется, а постоянно изымается из вышеназванных источников. Из солнечной энергии, прибывающей на Землю, лишь очень небольшая часть трансформируется в другие формы энергии, а бо́льшая часть распространяется в космосе.

Использованию постоянных процессов противопоставлена добыча ископаемых энергоносителей, таких как каменный уголь, нефть, природный газ или торф. В широком понимании они тоже являются возобновляемыми, но не по меркам человека, так как их образование требует сотен миллионов лет, а их использование проходит гораздо быстрее.

Офшорный ветропарк на севере Великобритании

Это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, тепловую и любую другую форму энергии для использования в народном хозяйстве. Преобразование происходит с помощью ветрогенератора (для получения электричества), ветряных мельниц (для получения механической энергии) и многих других видов агрегатов. Энергия ветра является следствием деятельности солнца, поэтому она относится к возобновляемым видам энергии.

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра являются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10—12 километров от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тысяч тонн угля или 92 тысячи баррелей нефти.

В перспективе планируется использование энергии ветра не посредством ветрогенераторов, а более нетрадиционным образом. В городе Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции, работающей на пьезоэффекте. Она будет представлять собой лес из полимерных стволов покрытых пьезоэлектрическими пластинами. Эти 55-метровые стволы будут изгибаться под действием ветра и генерировать ток.

На этих электростанциях, в качестве источника энергии используется потенциальная энергия водного потока, первоисточником которой является Солнце, испаряющее воду, которая затем выпадает на возвышенностях в виде осадков и стекает вниз, формируя реки. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно использование кинетической энергии водного потока на так называемых свободно поточных (бесплотинных) ГЭС.

  • Себестоимость электроэнергии на ГЭС существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций
  • Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
  • Возобновляемый источник энергии
  • Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
  • Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
  • Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
  • Водохранилища часто занимают значительные территории, изымая их из сельскохозяйственного оборота, но в то же время могут благоприятно влиять в других вопросах. Смягчается климат в прилегающем районе, накопление воды для орошения и т. д.
  • Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
  • Плотинные
  • Бесплотинные
  • Малые
  • Гидроаккумулирующие
  • Приливные
  • На океанских течениях
  • Волновые
  • Осмотические

На 2010 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 76 % возобновимой и до 16 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 1015 ГВт. Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира.

Энергия приливов и отливов

Электростанциями этого типа являются особого вида гидроэлектростанции, использующие энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующими электростанциями.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

Волновые электростанции используют потенциальную энергию волн, переносимую на поверхности океана. Мощность волнения оценивается в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает большей удельной мощностью. Несмотря на схожую природу с энергией приливов, отливов и океанских течений волновая энергия представляет собой отличный от них источник возобновляемой энергии.

Энергия температурного градиента морской воды

Один из видов возобновляемой энергии, позволяющий получать электроэнергию, используя разницу температур на поверхности и глубине мирового океана.

Энергия солнечного света

Данный вид энергетики основывается на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию.

Солнечные электростанции используют энергию Солнца как напрямую (фотоэлектрические СЭС работающие на явлении внутреннего фотоэффекта), так и косвенно — используя кинетическую энергию пара.

Крупнейшая фотоэлектрическая СЭС Topaz Solar Farm имеет мощность 550 МВт. Находится в штате Калифорния, США.

К СЭС косвенного действия относятся:

  • Башенные — концентрирующие солнечный свет гелиостатами на центральной башне, наполненной солевым раствором.
  • Модульные — на этих СЭС теплоноситель, как правило масло, подводится к приёмнику в фокусе каждого параболо-цилиндрического зеркального концентратора и затем передаёт тепло воде, испаряя её.

Схема солнечного пруда:
1 — слой пресной воды; 2 — градиентный слой;
3 — слой крутого рассола; 4 — теплообменник.

  • Солнечные пруды[26][27][28] — представляют собой небольшой бассейн глубиной в несколько метров, как правило имеющий многослойную структуру[27]. Верхний — конвективный слой — пресная вода; ниже расположен градиентный слой с увеличивающейся книзу концентрацией рассола; в самом низу слой крутого рассола. Дно и стенки покрыты чёрным материалом для поглощения тепла. Нагрев происходит в нижнем слое, так как рассол имеет более высокую по сравнению с водой плотность, увеличивающуюся при нагреве из-за лучшей растворимости соли в горячей воде, конвективного перемешивания слоёв не происходит и рассол может нагреваться до 100 °C и более. В рассольную среду помещён трубчатый теплообменник по которому циркулирует легкокипящая жидкость (аммиак, фреон и др.) и испаряется при нагреве, передавая кинетическую энергию паровой турбине[28].

Геотермальная станция на Филиппинах

Электростанции данного типа представляют собой теплоэлектростанции, использующие в качестве теплоносителя воду из горячих геотермальных источников. В связи с отсутствием необходимости нагрева воды ГеоТЭС являются в значительной степени более экологически чистыми нежели ТЭС. Строятся ГеоТЭС в вулканических районах, где на относительно небольших глубинах вода перегревается выше температуры кипения и просачивается к поверхности, иногда проявляясь в виде гейзеров. Доступ к подземным источникам осуществляется бурением скважин.

Данная отрасль энергетики специализируется на производстве энергии из биотоплива. Применяется в производстве как электрической энергии, так и тепловой.

Биотопливо первого поколения

Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различают:

  • твёрдое биотопливо (лес энергетический: дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга), торф;
  • жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир, биодизель);
  • газообразное (биогаз, биоводород, метан).

Биотопливо второго поколения

Завод пиролиза биомассы, Австрия

Биотопливо второго поколения — разнообразные виды топлива, получаемые различными методами пиролиза биомассы, или прочие виды топлива, помимо метанола, этанола, биодизеля, получаемые из источников сырья «второго поколения». Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций.

  • Водоросли — простые живые организмы, приспособленные к росту и размножению в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);
  • Рыжик (растение) — растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами;
  • Jatropha curcas или Ятрофа — растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.

По оценкам Германского энергетического агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне существующих технологиях) производство топлива пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году, с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.

Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network, PyNe) — исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы, США и Канады.

Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70 % живичного скипидара, 25 % метанола и 5 % ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причём для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья, пень, кора. Выход топливных фракций достигает 100 килограммов с тонны отходов.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения — топлива, полученные из водорослей.

Читайте также:  Тариф электроэнергии мытищи с электроплитой

Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м². Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО₂. Урожайность составила более 50 граммов водорослей с 1 м² в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США (200 тысяч гектаров — это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей).

У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру (для их производства хорошо подходит пустынный климат), однако требуется дополнительная температурная регуляция, защищающая выращиваемую культуру от ночных понижений температуры («похолоданий»). В конце 1990-х годов технология не была запущена в промышленное производство, в связи с относительно низкой стоимостью нефти на рынке.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимого для выращивания водорослей. Данная технология выращивания культуры водорослей защищена от суточных колебаний температуры, не требует жаркого пустынного климата — то есть может быть применена практически на любой действующей ТЭЦ.

Перспективы развития зелёной энергетики в России

В России, по данным Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), к началу 2023 года доля ВИЭ-генерации достигла 2,3% от общей мощности энергосистемы страны.

На сегодняшний день производством ВИЭ в России занимаются такие компании которые можно отнести к компаниям «зеленой энрегетки»: «Русгидро» (гидроэнергетика), ПАО «ЭЛ5-Энерго» (ветроэнегретика), «Лукойл» (ГЭС, ВЭС, СЭС), «Газпром-нефть» (ветропарк и геотермальные системы). Менее масштабные проекты в этой сфере есть также у «Газпрома», «Татнефти» и «Роснефти».

За Уралом, где много солнечных дней и огромные неиспользуемые площади, уже строят солнечные электростанции. То же относится к Краснодарскому краю, Крыму и т.д.

И ветрогенераторы тоже используются. В Калининградской, Оренбургской, Белгородской областях, в Башкортостане, Калмыкии, на Чукотке, в Крыму. Их пока не очень много, но количество будет расти там, где это выгодно, где есть постоянные потоки ветра и пр.

Ветроэнергетическая электростанция

Не секрет, что нефти в разведанных запасах, при нынешнем потреблении, миру хватит лишь на столетие. Газа – чуть дольше.

Примерно на столетие хватит запасов ядерного топлива, хотя, строя реакторы на быстрых нейтронах этот срок можно растянуть ещё больше.

Энергия водных потоков

Разобрав производство электричества из воздушных потоков, переходим к водным. Станция по генерации энергии из воды называется – гидроэлектростанция (ГЭС). Принцип её работы схож с тепловой электростанцией, только здесь ротор турбины вращает не пар, а вода. Рассмотрим данный процесс поближе:

Процесс добычи электричества
Процесс добычи электричества
  1. Все ГЭС расположены на воде. Строится плотина, которая предназначена для поднятия уровня реки и увеличения перепада высот уровней воды. При этом имеется возможность регулировать поток воды поступающей на гидротурбину ГЭС. Это обеспечивает электростанциям данного вида необходимую маневренность при регулировании отпуска электрической энергии.
  2. Поток воды попадает на гидротурбину заставляя её вращаться. Энергия потока падающей воды преобразуется в в механическую энергию вращения ротора генератора.
  3. Генератор, подключенный к турбине через валы и шестерни, преобразует механическую энергию в электрическую.
  4. Произведенное электричество проходит через линию передач, построенную от ГЭС до потребителей, и используется на различные нужды.

Мощность ГЭС

Можно разделить гидроэлектростанции по их вырабатываемой мощности:

  • Высокой мощности – выработка более 25 МВт.
  • Средние – до 25 МВт.
  • Малые – до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от мощности потока воды и КПД гидротурбин и генератора. Даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Поэтому уровень воды имеет решающее значение.

Обратите внимание! Уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться из-за естественных природных явлений, производимая энергия не является постоянной.

Влияние на экологию

Гидростанции влияют на изменения микроклимата, что сказывается на экосистеме. Это происходит из-за затопления территории при строительстве дамбы. При этом повышается испарение воды воды с поверхности водохранилища. Все это приводит к изменению микроклимата в регионе. Из-за застаивания воды происходит существенное ее нагревание и понижение качества. Содержание растворенного кислорода в воде начинает падать. В связи с этим дно водоема зарастает водорослями. Водоемы загрязняются разлагающимися органическими отходами (листьями, ветвями деревьев и т.д.) из-за отсутствия водообмена. Все это сопровождается ухудшением условий жизни, повышением заболеваемости рыбы.

Виды ГЭС

Плотинная

На реке со спокойным течением строится плотина, перегораживающая ее русло. Располагаемая мощность гидроэлектростанции зависит от высоты плотины. Внутри постройки строятся вертикальные или наклонные каналы, которые направляют воду к гидротурбине.

Плотинная ГЭС.
Плотинная ГЭС.

Деривационная

На реках с интенсивным потоком воды, создают отводы в виде закрытых или открытых тоннелей под нужным наклоном, корректирующие давление воды. Благодаря чему вода попадает на станцию с нужной скоростью потока.

Деривационная ГЭС
Деривационная ГЭС

Приливная

Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.

Приливная ГЭС
Приливная ГЭС

Аккумуляторная

ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием бассейна перед водозабором напорного канала. Из этого резервуара вода подается как на турбину, так и может подаваться в обратном направлении. На таких станциях устанавливаются обратимые двигатели. Их ротор может вращаться в обратном направлении. При этом он будет потреблять электроэнергию, а не вырабатывать.

Аккумуляторная ГЭС.
Аккумуляторная ГЭС.

Использование солнечной энергии в химическом производстве

Солнечная энергия может применяться в различных химических процессах. Например:

  • Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году испытал технологию получения неокисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °С на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно ещё раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк. Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.
  • Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200°С. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С. За световой день 6,5 часов (6,5 кВт·ч/кв.м.) установка CHP может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг в год (около 10,4 кг в день).

Водород может использоваться для производства электроэнергии, или в качестве топлива на транспорте.

Зелёная энергетика в мире

Такие страны, как Германия, Китай, Япония, Дания, Испания уже давно начали развитие этой отрасли энергетики и перешли на экологически чистое сырье. Благодаря техническому прогрессу, они получили возможность очистить землю от мусора, а воздух от ядовитых отходов промышленных предприятий, что значительно повлияло на уровень жизни.

Зелёная энергетика

Преимущества зелёной энергетики

Зелёная энергетика имеет много преимуществ, включая:

  • Чистая энергия;
  • Неисчерпаемый источник энергии;
  • Отсутствие выбросов углерода или парниковых газов;
  • Энергетическая независимость;
  • Самодостаточная;
  • Устойчивость;
  • Меньшее загрязнение воздуха, воды и земель и вырубка лесов;
  • Сокращение заболеваемости и смертности, вызванных прямым или косвенным использованием энергии;
  • Безвредна для окружающей среды и замедляет изменение климата.

Помимо вклада в защиту окружающей среды, использование экологически чистой электроэнергии и экологически чистого газа также может помочь вам сэкономить на ваших счетах.

Биоэнергия

  • Вы и «зелёная» энергетика, раздел сайта Всемирного фонда дикой природы
  • Российская ассоциация солнечной энергетики
  • Биотопливо из леса // wood-prom.ru



Альтернативная энергетика в мире и России

ВИЭ в России

Россия является одним из мировых лидеров в использовании электроэнергии от возобновляемых источников, но только в области гидроэнергетики. Все остальные направления развиты недостаточно, хотя страна обладает значительным природным потенциалом.
В 2019 году Правительство РФ приняло решение стимулировать развитие солнечной и ветровой энергетики, доведя ее долю до 1% (5 гВт) общей выработке.

ВИЭ в мире

Лидером в развитии ВИЭ в странах долгое время является Китай. Он вкладывает в солнечную, ветряную и гидроэнергетику больше, чем европейские страны, а также США.

Альтернативная энергетика, виды и страны-лидеры в её развитии:

  1. Гидроэнергетика – Китай, Бразилия, США, Канада, Россия, Индия, Норвегия, Турция, Япония и Франция.
  2. Ветровая – Китай, США, Германия.
  3. Солнечная – Китай, Япония, США, Германия.
  4. Биоэнергетика – Бразилия, Китай, США, Индия, Германия.

Какие существуют виды зелёной энергии?

Существует несколько видов возобновляемой энергии, получаемой за счёт природных ресурсов, таких как ветер, вода или солнце.

Солнечная энергия

Солнечная энергия – это возобновляемая энергия, получаемая из солнечного света, поэтому она также является энергией периодического действия. Она использует преимущества солнечной энергии двумя способами:

  1. с помощью фотоэлектрической технологии
  2. с помощью тепловой технологии.

Фотоэлектрическая солнечная энергия преобразует солнечные лучи в электричество с помощью фотоэлектрических пластин или панелей. Солнечная тепловая энергия обычно используется для нагрева жидкостей, таких как бытовые водонагреватели.

Использование энергии солнца

Энергия ветра

Энергия ветра зависит от силы ветра. Она поступает от турбин, называемых ветряными турбинами или воздушными турбинами. Эти установки преобразуют кинетическую энергию ветра в электричество.

Энергия падающей воды

Гидравлическая или гидроэлектрическая энергия преобразует кинетическую энергию воды в электричество с помощью гидроэлектростанций. Как и энергия ветра или солнца, гидроэнергетика работает с перебоями: она зависит от расхода воды (плотины, реки, ручьи и т.д.) и осадков. Другими словами, чем засушливее год, тем меньше будет произведено гидроэлектроэнергии, и наоборот.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия – это процесс, который использует природное тепло Земли и преобразует его в энергию. Это один из немногих возобновляемых источников энергии, который не прерывается и, следовательно, не зависит от атмосферных условий.

Биоэнергия

Биомасса используется для производства электроэнергии и тепла из топлива, например, биогаза. Топливо производится из отходов животноводства при их ферментации. Энергия из растительных отходов имеет то преимущество, что она углеродно нейтральна. Фактически, при сжигании растительных отходов образуется столько выбросов CO2, сколько они поглощают в процессе фотосинтеза. Важно знать, что биомасса считается возобновляемым источником энергии только тогда, когда ее потребление меньше, чем ее регенерация. Двумя основными технологиями ее производства являются следующие:

  1. Биомасса путём сжигания с получением электроэнергии: при её сжигании органические отходы (древесина, сельскохозяйственные отходы, бытовые отходы) вырабатывают тепло и электроэнергию.
  2. Биомасса путём метанирования с получением биогаза: во время её ферментации органические отходы (бытовые, сельскохозяйственные, агропромышленные) преобразуются в биогаз.

Наиболее важным свойством зелёных источников энергии является экологичность.

Биоэнергия - зелёная энергия


В соответствии с этой характеристикой, зелёные источники энергии, вероятно, станут наиболее привлекательными источниками энергии в ближайшем будущем и будут самыми многообещающими источниками энергии с технологической и экологической точек зрения 21-го века, особенно в контексте устойчивого развития в будущем.

В 1985 году все установленные мощности мира составляли 0,021 ГВт.

В 2005 году производство фотоэлементов в мире составляло 1,656 ГВт.

Читайте также:  Передать показания счетчиков электроэнергии волжский волгоградской области

В 2012 году общая мощность мировых гелиоэнергетических установок выросла на 31 ГВт, превысив 100 ГВт.

  1.   Yingli — 2300 МВт
  2.   First Solar — 1800 МВт
  3.   Trina Solar — 1600 МВт
  4.   Canadian Solar — 1550 МВт
  5.   Suntech — 1500 МВт
  6.   Sharp — 1050 МВт
  7.   Jinko Solar — 900 МВт
  8.   SunPower — 850 МВт
  9.   REC Group — 750 МВт
  10.   Hanwha SolarOne — 750 МВт

Перспективы солнечной электроэнергетики

  • Д. Мак-Вейг Применение солнечной энергии. — М.: Энергоиздат, 1981. — Тираж 5 600 экз. — 210 с.
  • Умаров Г. Я.; Ершов А. А. Солнечная энергетика. — М.: Знание, 1974. — 64 с.
  • Алексеев В. В.; Чекарев К. В. Солнечная энергетика. — М.: Знание, 1991. — 64 с.
  • А. Ершов. XX век: у порога солнечной эпохи // журнал «Вокруг света», № 11, 1975. стр.46-51



  • Экономикам, ослабевшим после эпидемии, грозит «зеленый шторм» // РИА Новости, 18.04.2020

2 Преимущества возобновляемых источников энергии в сравнении с традиционными

Традиционная
энергетика основана на применении
ископаемого топлива, запасы которого
ограничены. Она зависит от величины
поставок и уровня цен на него, конъюнктуры
рынка.

Возобновляемая
энергетика базируется на самых разных
природных ресурсах, что позволяет беречь
невозобновляемые источники и использовать
их в других отраслях экономики, а также
сохранить для будущих поколений
экологически чистую энергию.

Независимость
ВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую
безопасность страны и стабильность цен
на электроэнергию

ВИЭ
экологично чисты: при их работе практически
нет отходов, выброса загрязняющих
веществ в атмосферу или водоемы.
Отсутствуют экологические издержки,
связанные с добычей, переработкой и
транспортировкой ископаемого топлива.

В
большинстве случаев ВИЭ-электростанции
легко автоматизируются и могут работать
без прямого участия человека.

В
технологиях возобновляемой энергетики
реализуются новейшие достижения многих
научных направлений и отраслей:
метеорологии, аэродинамики,
электроэнергетики, теплоэнергетики,
генераторо- и турбостроения,
микроэлектроники, силовой электроники,
нанотехнологий, материаловедения и т.
д. Развитие наукоемких технологий
позволяет создавать дополнительные
рабочие места за счет сохранения и
расширения научной, производственной
и эксплуатационной инфраструктуры
энергетики, а также экспорта наукоемкого
оборудования.

Энергия ветра

Бывает, когда делаешь хорошую прическу, красиво наряжаешься, а выйдя на улицу вам все портит неприятный ветер, после задумываешься о потраченном на все это времени. А летом, когда печет Солнце, ищешь ветерок для охлаждения своего тела. В эти моменты мы не задумываемся о том, что это явление природы может быть нам полезно для выработки электричества.
Все мы знаем о парусных кораблях, ветер попадает в парус и путем импульса заставляет двигаться судно. Таким способом и добывается электроэнергия. Воздушная масса попадает на лопасти ветрогенератора, тем самым заставляя ротор вращаться.

Ветрогенератор

Разберем работу установки более подробно. Ветер попадает в лопасти, начинает вращаться ротор, тем самым приводя в движение весь механизм, включая вал генератора. Механическая энергия вращения превращается в электричество.

Схема работы ветрогенератора
Схема работы ветрогенератора

Электрический ток проходит путь от генератора до потребителей. Рассмотрим подробно этот путь по каждому из компонентов.

Путь тока от ветрогенератора до потребителя
Схема. Путь тока от ветрогенератора до потребителя
  1. Генерируемый ветрогенератором электрический ток поступает к контроллеру. В контроллере происходит преобразование энергии в постоянный электрический ток, необходимый для подзарядки аккумуляторов. Ещё одной его функцией является регулировка оборотов ротора.
  2. Ветер – не постоянное явление. Поэтому иногда энергии не хватает для обеспечения нужд потребителей. Поэтому система имеет в комплекте аккумуляторы для запаса энергии. Пройдя контроллер энергия поступает в батареи, где она и накапливается.
  3. Далее, энергия проходит через инвертор. Постоянный ток с напряжением 12В преобразуется в переменный ток с напряжением 220В, и частотой 50 Герц.

Взаимодействие ветра с лопастями

Так как воздух имеет массу, движение воздуха имеет кинетическую энергию. Когда на пути ветра, дующего в определенном направлении, появляется предмет или любое другое сопротивление, их взаимодействие можно описать с помощью векторов силы. Ветер отталкивает препятствие и отталкиваться сам в противоположенном направлении. Лопасти, закрепленные на оси ветрогенератора, будут вращаться вокруг оси вращения. Графически это выглядит следующим образом:

Соприкосновение ветра о лопасти
Соприкосновение ветра о лопасти

Мощность и скорость ветра

Если номинальная мощность ветрогенератора составляет, например, 800 Вт при скорости ветра 8 м/с, то это не значит, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт. Значение мгновенной мощности ветрового потока, воздействующего на лопасти генератора, пропорционально скорости ветра, возведенной в куб (третья степень). На практике это означает следующее:

если скорость ветра падает в 2 раза, то мощность, генерируемая ветроустановкой, снижается примерно в 8 раз.

Зависимость мощности от скорости ветра
Зависимость мощности от скорости ветра
Зависимость мощности от скорости ветра
Зависимость мощности от скорости ветра

В первичной энергии (общем энергобалансе) доля альтернативной энергетики выросла до 5 %, поднявшись с 4,5 % в 2018 году и также обойдя атомную энергию.

По состоянию на 2017 год альтернативные источники энергии выработали 9,6 % электроэнергии в США, включая 6,3 % из ветровых и 1,3 % из солнечных электростанций.

Меры поддержки возобновляемых источников энергии

На данный момент существует достаточно большое количество мер поддержки ВИЭ. Некоторые из них уже зарекомендовали себя как эффективные и понятные участникам рынка. Среди таких мер стоит более подробно рассмотреть:

  • Зелёные сертификаты;
  • Возмещение стоимости технологического присоединения;
  • Тарифы на подключение;
  • Система чистого измерения;

Возмещение стоимости технологического присоединения

Для повышения инвестиционной привлекательности проектов на основе ВИЭ государственными органами может предусматриваться механизм частичной или полной компенсации стоимости технологического присоединения генераторов на основе возобновляемых источников к сети. На сегодняшний день только в Китае сетевые организации полностью принимают на себя все затраты на технологическое присоединение.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ

Накопленный в мире опыт позволяет говорить о фиксированных тарифах как о самых успешных мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии. В основе данных мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора:

  • гарантия подключения к сети;
  • долгосрочный контракт на покупку всей произведённой ВИЭ электроэнергии;
  • гарантия покупки произведённой электроэнергии по фиксированной цене.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Одним из вариантов системы поддержки на основе фиксированных тарифов является использование фиксированной надбавки к рыночной цене энергии ВИЭ. Как правило, надбавка к цене произведённой электроэнергии или фиксированный тариф выплачиваются в течение достаточно продолжительного периода (10-20 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.

Система чистого измерения

Данная мера поддержки предусматривает возможность измерения отданного в сеть электричества и дальнейшее использование этой величины во взаиморасчётах с электроснабжающей организацией. В соответствии с «системой чистого измерения» владелец ВИЭ получает розничный кредит на величину, равную или большую выработанной электроэнергии. В соответствии с законодательством, во многих странах электроснабжающие организации обязаны предоставлять потребителям возможность осуществления чистого измерения.

Возобновляемые источники энергии

Поговорим теперь о возобновляемой энергии. В чем же разница между возобновляемой энергией и чистой энергией? 

Возобновляемая вырабатывается за счет природных ресурсов – наиболее очевидными примерами являются ветер и солнце.
Чистая энергия
– это энергия, которая практически не загрязняет окружающую среду. Она включает возобновляемые источники энергии. Кроме того, она также включает в себя ядерную энергию и технологии нейтрализующие углерод. Это достигается развитием таких технологий, как улавливание и связывание углерода.
Мы склонны путать чистую энергию с возобновляемыми источниками.

Ключевое отличие заключается в том, что все возобновляемые источники энергии являются чистыми, но не все чистые источники энергии являются возобновляемыми.

Зелёная энергетика

Перспективы зелёной энергетики в мире

Зелёная энергетика играет ключевую роль в энергетическом переходе из-за её низкого воздействия на окружающую среду. Она предлагает альтернативу не возобновляемой энергии и помогает бороться с глобальным потеплением, не производя парниковых газов и не увеличивая выбросы углерода.

Зелёную энергетику можно считать катализатором энергетической безопасности, устойчивого развития и социальных, технологических, промышленных и правительственных инноваций в стране. Увеличение потребления зелёной энергии в стране оказывает положительное влияние на экономическое, а также социальное развитие страны. Более того, поставка и использование недорогого экологически чистого топлива особенно важны для глобальной стабильности и мира, поскольку энергетика играет жизненно важную роль в промышленном и технологическом развитии по всему миру.

Солнечная термальная энергетика

Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования, и произведенной на нём энергии. В настоящее время именно солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—$0,05 к 2015—2020 г.

В 2007 году в Алжире началось строительство гибридных электростанций. В дневное время суток электроэнергия производится параболическими концентраторами, а ночью из природного газа.

Карта солнечного излучения — Европа

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в π раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

Энергия Солнца

Солнечная энергетика – перспективное направление в развитии альтернативных источников энергии.

Энергия солнца
Энергия солнца

Солнечная панель

Генерация электричества из энергии Солнца осуществляется при помощи солнечной батареи. Прибор состоит из фотоэлектрических ячеек, запакованных в одну рамку. Каждая из них сделана из полупроводникового материала, например, кремния. Лучи, попадающие на отрицательно заряженную панель – нагревают полупроводник, который частично поглощает их энергию. Такой приток энергии в полупроводнике освобождает отрицательно заряженные частицы – электроны.

Состояние до нагрева.
Состояние до нагрева.
Состояние после нагрева
Состояние после нагрева

Полученной энергии достаточно, чтобы оторвать электроны от атомов. В результате на их месте остаются “дырки”, а электроны начинают свободно перемещаться по кристаллической решётке. Под воздействием электрического поля происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц. Появляется разность потенциалов или постоянное напряжение. Свободные электроны двигаются в определенном направлении. Поток свободных электронов образует электричество.

Солнечная панель.
Солнечная панель.

Через металлические контакты и по линиям электропередач электрический ток направляется к потребителям.

Подача тока потребителю
Подача тока потребителю

Обратите внимание! Чтобы уменьшить потери от отражения света, фотоэлементы покрывают антибликовым покрытием. Для защиты установки от дождя и ветра покрывают стеклом.

Виды солнечных панелей

Основным блоком солнечного модуля является тончайшая пластина из двух кремниевых слоев. Каждый слой обладает уникальными физическими характеристиками. Технология изготовления делит фотоэлементы для альтернативных электростанций на:

  • Монокристаллические модули.
  • Поликристаллические блоки.

Монокристаллическая панель

Для такой батареи выращивается специальный монокристалл кремния по способу Чохральского. Монокристаллические модули стоят дороже поликристаллических и имеют более высокий КПД достигающий 20-22%. Это происходит за счет того, что лучи солнца не рассеиваются, а равномерно распределяются по поверхности.

Монокристаллическая панель
Монокристаллическая панель

Поликристаллическая панель

Поликристаллические солнечные батареи являются оптимальным вариантом для потребления энергии Солнца. Они дешевле монокристаллических, так как изготавливаются из обрезков от производства своих аналогов.
По внешнему виду отличительной чертой от монокристаллических батарей является голубой и свето-синий цвет.

Чистота кремния в поликристалле ниже, чем в монокристалле, КПД достигает 15-18%.

Поликристаллическая панель
Поликристаллическая панель

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *