Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии

Интерес к всевозможным альтернативным источникам получения электроэнергии, за последние 10-15 лет, существенно вырос во всем мире. Все чаще ученые предрекают полное исчезновение того или иного энергетического ресурса. Поэтому многие ученые направили свои силы на поиск новых и увеличения эффективности уже существующих возобновляемых источников. Не удивительно, что область альтернативной энергетики также интересна и простым обывателям, которые стремятся найти бесплатный способ получения энергии.

Один из наиболее популярных альтернативных источников, который еще слабо развит, является атмосферное электричество. Наблюдая за буйством стихий при грозах и результатах, которые приносит попадание молнии в деревья или жилые строения, многие задаются вопросом о том, как же можно укротить электрические силы на нашей планете. Вопрос возможного использования атмосферного электричества на благо населения Земли и попробуем рассмотреть в данной статье.

А начнем изучение данного вопроса с курса физики и понятия конденсатор. Именно такой компонент электрических схем подходит для описания Земли – огромного сферического конденсатора.

Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Как известно, основной параметр любого конденсатора – его емкость. Понятно, что для оценки реальной емкости Земли слишком много неизвестных, однако ученые все-таки пытаются определить этот параметр. По одним расчетам емкость Земли – около 700 мкФ, по другим – приближается к 1 Ф (с учетом ионосферы). Напряжение на обкладках Земли (поверхность Земли (-) – ионосфера (+)) составляет около 300 кВ, а напряженность поля достигает 150 В/м.

Еще одним из параметров любого конденсатора, определяющим его работу, является ток утечки. Однако определение этого параметра для Земли не имеет смысла, так как полного «разряда» Земли еще не было (при этом магнитное поле Земли полностью исчезло бы). Поэтому стоит говорить не о токе утечки, а о генераторе, который постоянно подпитывает Землю. В качестве такого генератора выступает ионосфера. Вопрос сохранения заряда Землей еще не разрешен. Существует более десятка различных теорий, описывающих взаимодействие Земной поверхности и ионосферы.
От теории заряда Земли перейдем к практическому использованию энергии природного конденсатора. Как отмечалось ранее, Земля обладает достаточной напряженностью поля, однако это не означает, что двухметровый человек постоянно испытывает напряжение в 300 В. Тело человека – проводник, а воздух – изолятор, поэтому наш потенциал всегда равен потенциалу Земли. Главное препятствие, на пути получения энергии из атмосферного воздуха – его высокое сопротивление. Для преодоления этого показателя, ученые предложили получать энергию из влажного воздуха. Однако эффективность такой установки в миллионы раз ниже даже обычных солнечных элементов.

Ряд ученых выражает определенную озабоченность возможным вмешательством человечества в физические процессы, происходящие в атмосфере и ионосфере. Жизнь на Земле возникла благодаря множеству факторов, в том числе и электрическим процессам. Кроме того, человечество пока еще далеко от понимания всех принципов работы этой системы и любое вмешательство может нарушить итак уже изрядно подпорченное состояние нашей планеты.

Альтернативные источники энергии

В условиях постоянного ухудшения экологической обстановки на планете человечество вынуждено искать альтернативные источники энергии. Все больше стран делают выбор в их пользу. Конечно, перестраивать энергетическую инфраструктуру — затратное дело, но стоит рассматривать этот процесс как вклад в будущее всей планеты.

Что такое альтернативная энергия?

Энергию можно разделить на два больших класса: невозобновляемая и возобновляемая. К первой категории относится использование таких энергоносителей, как нефть и каменный уголь. Рано или поздно из запасы на планете будут исчерпаны. К тому же, их применение связано с выбросами в атмосферу углекислого газа и глобальным потеплением. Возобновляемые, или альтернативные источники энергии — неисчерпаемые ресурсы, например, ветер или солнечный свет. Их применение имеет меньше «побочных эффектов», а риск истощения запасов отсутствует полностью. В наши дни большая часть энергии вырабатывается за счет сжигания нефти и газа, а также благодаря работе атомных электростанций. Все эти источники потенциально опасны для окружающей среды. Поэтому востребованной становится альтернативная энергетика, позволяющая получать энергию более экологичным способом, наносящим минимальный вред окружающей среде.

Энергия ветра

Ветровая энергетика — преобразование энергии движущихся воздушных масс в электричество, которое может быть использовано потребителем. Подсчитано, что запасов ветровой энергии в 100 раз больше, чем энергетических запасов всех рек нашей планеты. Основа установки для получения энергии — ветровые генераторы и ветровые мельницы. Особенно развит этот способ в Германии, Дании и Ирландии.
Основные плюсы ветровой энергетики — экологичность и низкая стоимость получаемой энергии. Но есть и существенный минус. Предсказать силу ветра невозможно, она непостоянна и зависит от множества факторов. Поэтому приходится использовать дополнительные источники получения энергии. Есть у ветрогенераторов еще одно неприятное свойство: они могут вызывать радиопомехи. Наконец, ветровая энергетика может потенциально оказывать влияние на климат планеты, так как ветрогенераторы забирают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс. Однако ученые все еще не могут определить, насколько выраженным может быть это влияние и приведет оно к позитивным или негативным последствиям.

Сила воды

Основа гидроэнергетики — преобразование энергии водных масс в электричество. В качестве примера можно привести гидроэлектростанции, которые устанавливаются на крупных реках. Движущаяся вода воздействует на лопасти турбины, вращая их. Возникающая во время вращения энергия и преобразуется в электричество. Строительство ГЭС обходится государству очень дорого. Однако затраты быстро окупаются, так как цена полученной энергии получается сравнительно низкой (например, по сравнению с атомными электростанциями).
Строить гидроэлектростанции можно только на реках, которые никогда не пересыхают и имеют быстрое течение. Для возведения ГЭС необходимо обустроить плотину, позволяющую добиться определенного напора воды.

В России доля электрической энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, составляет около 20% от всей энергетической генерации, а суммарная мощность всех ГЭС составляет 48085 МВт. В последние годы появилась идея использовать энергию приливов. Строятся приливные станции, преобразующие кинетическую энергию движущейся морской воды. В России самая крупная приливная электростанция функционирует в Мурманской области. Ее установленная мощность достигает 1,7 МВт. Наконец, есть способы генерации энергии из волн.

Эффективными оказались только три из них: поплавки, искусственные атоллы и подводные камеры. Такие электростанции передают кинетическую энергию по кабелю на станцию, где происходит выработка электричества. Есть у волновой энергетики два недостатка. Себестоимость полученное энергии довольно высока, а позволить себе обустройство станции могут только страны, имеющие продолжительную береговую линию. По этой причине этот вид используется редко.

Геотермальная энергетика

Наша планета вырабатывает большое количество тепла. Для получения энергии, в частности, используются геотермальные источники, располагающиеся в сейсмически опасных территориях и вулканических районах. Горячая вода может быть использована для непосредственного отопления зданий. Также ее перерабатывают в электроэнергию при вращении горячим паром турбины, идущей к генератору. Больше всего таких станций во Франции, Мексике и Америке.

Энергия осмотической диффузии

Этот вид альтернативной энергии стал разрабатываться сравнительно недавно. Осмотические электростанции устанавливаются в устьях рек и извлекают энергию из энтропии жидкостей в процессе взаимодействия соленой и пресной воды. Когда концентрация солей выравнивается, возникает избыточное давление, благодаря которому вращаются лопасти турбины. Пока в мире существует только одна осмотическая электростанция, функционирующая в Норвегии.

Биотопливо

Биотопливо производится из органических продуктов, в процессе переработки которых получается электрическая энергия. Выделяют твердое и жидкое биотопливо. К первой группе относятся дрова, топливные брикеты. Жидкое биотопливо — это биодизель, биобутанол, диметиловый эфир и т. д. Топливо можно получать непосредственно из биомассы (остатков растительного и животного происхождения), которые во время брожения выделяют горючий газ. Такие биогенераторы устанавливаются в сельских местностях. В России в последние годы построено множество заводов, которые перерабатывают древесные отходы в топливные брикеты и пеллеты, применяемые как топливо для различных видов котлов.

Гравитационная энергетика

Гравитационная энергетика — преобразование потенциальной энергии гравитационного поля планеты в электроэнергию. На данный момент уже разработан проект гравитационной электростанции, которая представляет собой подъемный кран со стрелами. Двигатели приходят в действие, когда опускаются блоки. Подъем блоков осуществляется, когда в сеть поступает избыток энергии.

Солнечная энергия, солнечные электростанции

Солнечную энергию преобразуют в электрическую посредством солнечный батарей. Удивительно, но всей планете на год хватило бы энергии, которую Солнце отправляет на Землю в течение одного дня. При этом выработка электроэнергии солнечными батареями не превышает 2% от общего количества. Однако солнечная энергия — одна из самых экологичных, безопасных и недорогих по себестоимости.

Пожалуй, единственным недостатком солнечной энергии является зависимость ее получения от времени суток и погодных условий. В северных странах строительство солнечных электростанция экономически невыгодно. По крайней мере, на данном этапе: ученые не исключают, что удастся создать солнечные батареи, которые будут улавливать фотоны даже в пасмурные дни.
Есть еще одна проблема: фотоэлементы необходимо вовремя утилизировать, так как в них содержатся мышьяк, галлий и свинец. Далеко не все страны могут позволить себе создание производств по переработке отработанных солнечных батарей. Наиболее широкое распространение солнечное электричество получает там, где оно обходится дешевле всех других видов. Например, солнечные электростанции устанавливаются на отдаленных фермерских участках, на комических станциях. Используется оно и в странах, где высока себестоимость других видов энергии. В качестве примера можно привести Израиль, где примерно 90% воды нагревается за счет энергии Солнца.

Солнечные батареи в последние годы активно используются для создания экологически безопасных автомобилей, самолетов и даже поездов. Солнечными батареями нередко оснащаются так называемые «умные дома», которые самостоятельно могут регулировать мощность установки в зависимости от потребностей обитателей жилья. В нашей стране солнечная энергетика получает все большее распространение в качестве резервного источника электрической энергии.
В России суммарная мощность электростанций, работающих на энергии Солнца, составляет 400,0 МВт. Проектируются новые станции, мощность которых будет составлять 850,0 МВт. Широко обсуждается проект создания космических солнечных электростанций. В открытом космосе преграды для солнечной радиации в виде атмосферного слоя отсутствуют. Поэтому возможен запуск на орбиту установок, оснащенных солнечными батареями, улавливающими энергию Солнца и пересылающих их на землю. КПД таких станций потенциально обещает быть приближенным к 100%, однако на данный момент их создание и запуск обойдется настолько дорого, что себестоимость энергии для потребителей получится слишком высокой.

Плюсы и минусы использования

Главными плюсами использования альтернативных источников энергии являются:

• возобновляемость ресурсов. Если поставить получение альтернативной энергии на поток, человечество никогда не столкнется с тем, что природные запасы исчерпают себя;
• экологическая безопасность. Альтернативная энергетика предполагает отсутствие опасных выбросов в окружающую среду;
• доступность по цене. На данный момент разработано множество способов получения альтернативной энергии. Поэтому любое государство может подобрать те варианты, которым наилучшим образом соответствуют его климатическим условиям.

Есть у альтернативной энергетики и минусы, затрудняющие ее широкое распространение:

• высокая стоимость необходимого оборудования. Не все государства могут позволить себе строительство и монтаж солнечных и ветровых электростанций;
• зависимость от внешних условий и климата. Солнечная энергия, которая признается наиболее перспективной, недоступна в странах с невысокой продолжительностью светового дня, сейсмическая и геотермальная энергия может быть получена лишь в вулканических, сейсмически нестабильных регионах и т.д.;
• небольшая мощность установок. Единственным исключением из этого правила являются гидроэлектростанции, мощность которых можно сравнить с аналогичным показателем АЭС;
• воздействие на климат. Даже альтернативные источники энергии оказывают воздействие на климатические условия. Например, высокий спрос на биотопливо может стать причиной уменьшения площади посевных площадей, а строительство плотин для гидроэлектростанций оказывает влияние на речные биотопы.

Перспективы в России

Россия может получать из ветра около 10% всей энергии и примерно 15% — за счет солнечного света. Однако широкого распространения альтернативные источники энергии в нашей стране не получают. Связано это с доступностью невозобновляемых ресурсов (нефти и газа). Отсутствует и экономическая стимуляция строительства альтернативных электростанций. Во многих странах Европы имеется стимулирующий тариф, по которому государство приобретает полученную альтернативными способами энергию. В России подобный тариф не введен. Тем не менее, в России успешно реализуется ряд проектов, связанных с альтернативной энергетикой. Например, в 2017 году в Химках был запущен проект по созданию Центра альтернативной энергетики. Задачей центра будет обеспечение энергией промышленных предприятий. В 2019 году в Мурманске начал строиться ветропарк, который начнет функционировать в 2021 году. Планируется, что мощность парка составит 201 МВт. Ученые уверены в том, что в ближайшие годы человечество вынуждено будет стремиться к полному переходу на альтернативные источники энергии. Это даст возможность сохранить планету для будущих поколений и избежать кризиса, связанного с исчерпанием невозобновляемых ресурсов. Согласно прогнозам, будущее энергетики связано с энергией Солнца и ветра. Остается надеяться на то, что людям удастся успеть научиться полностью обходиться возобновляемыми источниками энергии до момента, когда запасы нефти и газа на планете подойдут к концу.

© Компания «Реалсолар». Все права защищены. Перепечатка документа запрещена. Статья занесена в поисковые системы как уникальный текст.

Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов.

Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна.

Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза.

Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза.

Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо.

Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов.

Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге.

Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России.

 Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой.

Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу. 

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо».

По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин.

За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор.

Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон.

Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока.

При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Такой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства. 

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB.

 Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов.

Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии.

Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны.

Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии.

 Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

Альтернативные источники энергии: виды и использование

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.

Получить электричество из воздуха сможет генератор Air-gen

Ученые из Университета Массачусетса в Амхерсте разработали технологию, позволяющую вырабатывать электричество из атмосферной влаги с помощью природного белка. Это изобретение может сыграть значительную роль в развитии возобновляемой энергии, повлиять на процессы изменения климата и найти применение в медицине будущего.

Устройство, названное создателями Air-gen («работающий от воздуха генератор»), содержит токопроводящие белковые нановолокна, которые производит микроорганизм геобактер. Взаимодействие электродов и белковых нанопроводов аналогично тому, как электрический ток вырабатывается из испарений воды, содержащихся в атмосфере.

«Мы буквально создаем электричество из ничего, — объясняет изобретатель устройства Цзюнь Яо. — Air-gen вырабатывает чистую энергию в режиме 24/7. Это самый удивительный и вдохновляющий способ использования белковых наносетей из всех нам известных».

Действительно, технология абсолютно экологически чистая, возобновляемая и очень малозатратная. Ее можно применять даже в регионах с экстремально сухим климатом, вплоть до пустыни Сахара.

Главное преимущество Air-gen перед другими формами «зеленой» энергии состоит в том, что устройство не зависит от наличия солнца или ветра и может работать даже в помещении.

Все, что нужно для его функционирования, – это тонкая пленка из белковых нановолокон толщиной менее 10 микронов.

На первом этапе генератор Air-gen способен питать небольшие электронные устройстваПленка нанесена на один электрод, тогда как другой, маленький электрод расположен поверх материала.

Белковая наносетка впитывает влагу из атмосферы, а сочетание ее химических свойств, электрической проводимости с порами между нанофрагментами создает условия для появления электрического тока между двумя электродами.

По словам изобретателей, мощности Air-gen сейчас хватит только для питания мелкой электроники, но вскоре она станет пригодна для коммерческого запуска.

Тогда «панели» Air-gen найдут применение и заменят собой батарейки в мелких портативных устройствах, от смарт-часов до медицинских мониторов.

Вполне возможно, что благодаря ему можно будет отказаться от привычной подзарядки сотовых телефонов.

«Конечная цель — создание крупномасштабных систем. Например, технология может быть включена в краску для стен, которая обеспечит энергией ваш дом. Или мы можем разработать портативные воздушные генераторы, которые производят электричество в местах без доступа к сети», — говорит Яо.

В дополнение к Air-gen лаборатория Яо разработала несколько других приложений с белковыми нанопроводами. По словам ученых, их открытие знаменует начало новой эры электронных устройств на основе белка.

Ученые заявили об опасности возобновляемых источников энергии для биоразнообразия

На «цифровую экономику» приходится примерно десятая часть глобального потребления энергии, но эта доля возрастает.

Например, пару лет назад майнинг криптовалют был уделом гиков, а сейчас это направление в глобальном масштабе потребляет больше энергии, чем многие страны.

Например, майнинг Bitcoin «съедает» за год 14,6 ТВт*ч, а потребление Таджикистана pа год составляет всего лишь 13 ТВт*ч, по данным DigiEconomist, а ведь есть еще и другие криптовалюты, например, на майнинг Ethereum за год уходит около 5 ТВт*ч[1].

Миру нужно больше энергии, причем, по возможности, за меньшие деньги. Чтобы обеспечить растущие глобальные запросы, энергетике нужны качественные изменения. Использование восстанавливаемых источников энергии (ВИЭ), децентрализация генерации и широкое внедрение «умных сетей» (smart grid) приведут к радикальному снижению стоимости электроэнергии.

Восстанавливаемые источники

Использование восстанавливаемых источников энергии общественное мнение чаще всего рассматривает в контексте «зеленой энергетики», которая в процессе работы минимально влияет на окружающую среду, и считает это весьма инновационным направлением, которое появилось совсем недавно. Однако, это не совсем верно.

Классическим примером генерирующих мощностей, использующих ВИЭ, являются гидроэлектростанции, которые по всему миру строят более века.

Ветряные, приливные, солнечные, геотермальные и другие электростанции на ВИЭ также разработаны многие десятилетия назад, причем в основу таких решений могут быть положены самые разные технологические подходы.

Например, солнечные могут быть оснащены полупроводниковыми панелями, которые напрямую «конвертируют» свет в электричество, а могут представлять собой систему зеркал, которые фокусируют свет на резервуаре и нагревают содержащуюся там жидкость, которая крутит турбину. Вариаций приливных электростанций тоже множество.

ВИЭ-решения, принципы действия которых разработаны десятилетия назад, создают с использованием новых материалов и современных инженерных подходов, благодаря чему станции обходятся дешевле и становятся более эффективными.

На примере солнечных батарей, в совершенствование которых вложены астрономические средства, такое развитие наиболее заметно, но для увеличения эффективности соответствующих решений есть и другие подходы.

Например, в Южной Корее будет построена плавающая солнечная электростанция, батареи которой будут поворотными, чтобы в течение всего дня сохранять оптимальную ориентацию на Солнце.

По заявлению компании Solkiss, которая уже испытала прототипы, такой простой подход новому решению позволит увеличить выработку солнечной энергии на 22% по сравнению с наземными электростанциями, использующими стационарные батареи.

Размещение батарей на водной поверхности упрощает изменение ориентации панелей, аналогичное решение можно создать и наземное, только оно окажется сложнее и дороже. Напомним, что размещение панелей на воде позволяет избежать нагрева, который сильно уменьшает эффективность солнечных батарей. Как видно, для получения существенного прироста эффективности не понадобилось открывать новые физические эффекты, создавать новые технологии производства полупроводниковых панелей и т.д., а достаточно оказалось традиционных инженерных подходов. Подобных примеров много, внимание инженеров привлечено к «зеленым электростанциям», поэтому изящные решения для этих систем создают десятками.

Доля ВИЭ в общем балансе мирового потребления невелика — немногим более пяти процентов — но она растет и будет расти, причем очень быстро.

Интересно, что «зеленость» электростанций, работающих на ВИ, для бизнеса глубоко вторична.

Да, они действительно экологически чисты, но и современные тепловые и атомные станции достаточно экологичны при современном уровне развития очистных сооружений и систем безопасности.

Направления альтернативной энергетики

Ветроэнергетика

Солнечная энергетика

• Солнечная энергетика (рынок России)
• Солнечная энергетика (мировой рынок)

Электричество испарением воды

Испарение — это процесс, с помощью которого вещество переходит из жидкого состояния в газообразное. Как правило, испарение является следствием нагревания вещества до определенной температуры.

Именно благодаря испарению на Земле поддерживается круговорот воды, и испарителем в данном случае выступает Солнце.

Масштабы энергии, которая тратится на процесс испарения по всей планете, на самом деле весьма велики, хоть мы в повседневной жизни и не замечаем этого[2].

По словам Озгура Сахина (Ozgur Sahin) и его коллег из Колумбийского университета, вода, которая испаряется из всех рек, озер и плотин на территории современных США (за исключением Великих озер) может обеспечить до 2,85 миллиона мегаватт-часов электроэнергии в год. Для сравнения, это эквивалентно двум третьим электроэнергии, произведенной во всех штатах США за 2015 год! И это при том, что в 15 из 47 штатов потенциальная мощность электростанций превышает реальный спрос на энергию.

Двигатели будущего: все дело в воде

Исследователи предлагают установить на пресноводных водоемах двигатели[3], которые не только вырабатывали бы электроэнергию, но и вдвое уменьшили бы интенсивность самого испарения, что во многих ситуациях позволило бы сохранить огромные запасы питьевой воды.

Однако подобная технология предполагает, что водный массив будет накрыт поглощающими панелями — что крайне нежелательно.

Для начала, впрочем, необходимо построить сам испарительный двигатель, но здесь ученые уже продемонстрировали всю мощь науки и создали несколько миниатюрных, но вполне рабочих прототипов установки.

Тестовые двигатели основаны на материалах, которые при высыхании сжимаются — к примеру, в конструкции задействована лента, покрытая бактериальными спорами. Теряя воду, споры ссыхаются и сжимаются, сокращая при этом ленту.

Сахин сравнивает принцип работы этой конструкции с мышечной системой, поясняя, что микроскопические споры могут натягивать ленту с довольно большой силой.

Чтобы избежать загрязнения почвы из-за многократного вымачивания и обилия химических веществ, прототипы регулируют свою работу в зависимости от изменения общего уровня влажности. К примеру, в одной из версий двигателя «мышца» расположена чуть выше водного слоя.

Когда испаряющаяся влага поднимается вверх, то ленты, натянутые по принципу жалюзи, расправляются и создают щели, благодаря которым в них поступает воздух и помогает лентам снова высохнуть и избежать переувлажнения.

Достоинства и недостатки изобретения

Научное сообщество согласно с тем, что потенциал этого изобретения огромен. На сегодняшний день основные проблемы заключаются в его использовании.

Кен Калдейра из Института Карнеги по науке в Стэнфорде, штат Калифорния, сомневается, что можно эффективно преобразовать энергию испарения в электрическую энергию.

По его мнению, промышленная разработка двигателей в той степени, когда их производство станет массовым, а использование — повсеместным, является чрезвычайно трудоемкой задачей.

Основным конкурентом новых двигателей выступают хорошо знакомые всем солнечные батареи, поскольку все более распространенным явлением для плавучих солнечных ферм является их размещение на водохранилищах. Однако испарительные двигатели могут быть изготовлены из дешевых биоматериалов, которые легче утилизировать, чем солнечные батареи — а это немаловажно.

Если технология получит распространение, то ее использование повлияет и на локальный климат за счет изменения степени испарения воды. Но это будет иметь хоть какое-то значение лишь в том случае, если площадь закрытой поверхности составит 250 000 км2 и более.

Впрочем, когда речь идет о таких масштабах, то любая энергетическая установка, какой бы экологически чистой она не была, будет оказывать воздействие на окружающую среду.

Более того, в дождливых районах, где частые осадки вызывают множество проблем, снижение интенсивности испарения воды будет крайне полезным.

«Дождевые батареи»

В мире появятся не только солнечные, но и «дождевые батареи». В феврале 2020 года стало известно о разработке способа получения электричества благодаря падению дождевой воды, который позволяет увеличить энергоэффективность процесса в тысячи раз. Первый электрогенератор на основе новой технологии могут создать через пять лет[4].

Группа ученых сразу из нескольких научных организаций Китая и США разработала принципиально новый способ получения электричества с помощью падения дождевой воды на поверхность. Об этом пишет РИА Новости со ссылкой на научную статью в журнале Nature. Этот способ позволяет увеличить мощность подобных установок в тысячи раз по сравнению с существующими прототипами.

«Наше исследование показывает, что капля объемом 100 микролитров воды, падающая с высоты 15 сантиметров, может генерировать напряжение свыше 140 вольт. А за счет ее мощности могут питаться 100 небольших светодиодных ламп», — приводятся в пресс-релизе слова руководителя научной группы Ван Цуанкая из Городского университета Гонконга.

Скачкообразного роста мощности подобных генераторов удалось добиться благодаря идее накрыть их специальной пленкой из политетрафторэтилена (ПТФЭ).

Она способна накапливать поверхностный заряд при непрерывном попадании капель воды, пока он не достигнет насыщения.

В подобном устройстве капли действуют как резисторы, а поверхностное покрытие — как конденсатор, отмечается в публикации агентства.

Первый прототип «дождевого» электрогенератора для практического применения будет создан в ближайшие пять лет, считают в научной группе.

Если его испытания завершатся успехом, в мире могут появиться аналоги солнечных батарей для использования в условиях сильного дождя. Например — инновационные зонты с функцией зарядки телефонов.

Или «дождевые батареи», рассчитанные на применение в отдельных регионах в период сезона сильных дождей.

Что интересно, в уникальном научном исследовании были задействованы сразу 13 ученых из пяти научных организаций. Помимо Городского университета Гонконга это университет Небраски-Линкольна в США, Университет науки и технологий КНР, Университет электронных наук и технологий Китая, а также Институт наноэнергии и наносистем пекинского отделения Китайской академии наук.

«Зеленые» проблемы

Электростанции на ВИЭ работают нестабильно. По понятной причине в темное время суток солнечные электростанции не генерируют электричество, построенные на других принципах «зеленые» решения в большинстве случаев также сильно зависят от капризов погоды: например, наступает штиль — ветряные электростанции простаивают, а мощность волновых падает на порядки.

Сезонные явления тоже способны существенно изменить эффективность ВИ-станций по причинам, известным из школьного курса природоведения и физической географии. В зимнее время уменьшается световой день, становится меньше ясных дней и солнце ниже над горизонтом — и выработка электричества солнечными батареями снижается не на проценты, а в разы.

Это означает, что «зеленые электростанции» будут эксплуатировать параллельно с генерирующими объектами традиционной энергетики.

Получаемый синтез обеспечивает снижение цены электричества при сохранении стабильности энергопитания.

Но для смягчения ситуации, вызываемой нестабильностью электростанций на ВИЭ все чаще используют и другие решения. Ситуацию могут несколько смягчить энергонакопители.

Энергонакопители — от насосов до аккумуляторов

Хранение энергии: что, как и почему

Peter Miller

Эта последняя попытка выжить наверняка провалится, так как технологии накопления энергии готовы нанести последний удар – возможность накапливать и сохранять энергию в течение длительного времени. В этой статье мы рассмотрим различные способы хранения энергии и узнаем, как их конкурентные преимущества могут повлиять на мировые энергетические системы.

Технологии накопления энергии сохраняют энергию, когда потребление ниже, чем ее производство, и снабжают энергией, когда потребление выше, чем ее производство.

Это обеспечивает энергетическую безопасность и готовность к чрезвычайным ситуациям, например в случае аварии на электростанции; дает возможность балансировать нагрузки сети, где электричество генерируется с помощью возобновляемой энергии.

Системы хранения энергии полезны и для потребителей – благодаря им возможно поддерживать стабильные цены на электроэнергию в масштабе общей сети или обеспечить индивидуальную гибкость и независимость потребления при локальном хранении в домах.

Основы

Широкое внедрение технологий хранения энергии служит «мостом» к переходу на генерацию электричества из возобновляемых источников. У ВИЭ есть один всем известный недостаток – они могут производить энергию только в течение определенных периодов при определенных условиях, поэтому мы не можем увеличивать или уменьшать количество произведенных киловатт по желанию.

ВИЭ способны производить энергию только тогда, когда для этого есть условия – дует ветер или светит солнце. И это может совпадать или не совпадать по времени с нуждами потребителей.

При этом мы можем заранее предсказать, когда ВИЭ будут наиболее эффективно вырабатывать энергию: мы знаем, когда солнце встает и садится; мы можем получать довольно точный прогноз погоды; мы знаем, что зимой ветер сильнее, чем летом, что приливы меняются в зависимости от сезона и так далее.

Однако чтобы полностью реализовать свой потенциал, такие источники энергии нуждаются в системах накопления.

Если мы сможем накапливать и хранить долгое время энергию от ВИЭ, мы сможем компенсировать тот факт, что они не производят энергию постоянно с одинаковой мощностью или именно в те периоды, когда это нужно потребителям.

Таким образом, это снизит потребность в работе угольных или газовых установок для компенсации пиковых нагрузок.

Обработка пикового спроса

Основная проблема электричества состоит в том, что его производство должно соответствовать потреблению, которое может быстро и сильно меняться. Системы хранения энергии могут помочь справиться с так называемыми пиковыми часами потребления электроэнергии.

Классический пример – проблема британской национальной сети, связанная с чайной культурой.

Рано утром, когда люди завтракают, энергосистема должна быть готова к тому, что целая нация одновременно включает электрочайники.

Миллионы кипящих чайников создают нагрузку на сеть, и электростанциям надо поставить существенно больше электричества в течение этих нескольких часов, нежели это было необходимо всего пару часов назад.

Запас энергии в системах хранения облегчил бы обработку таких пиковых часов.

Было бы возможно накапливать энергию не только от ВИЭ, но и от других источников в периоды, когда производство больше, чем потребление.

Это позволило бы поддерживать стабильность производства даже во время пикового спроса, полагаясь на накопленную энергию для покрытия возросшего потребления в течение коротких периодов.

Энергетическая безопасность

Ни один источник энергии не гарантирует непрерывную постоянную работу. Зачастую «ненадежные» ВИЭ сравнивают с «надежными» угольными и атомными электростанциями, которые можно включать и выключать при необходимости.

Но при этом не учитывается тот факт, что все электростанции время от времени нужно выводить из эксплуатации для технического обслуживания.

Не всегда это можно спланировать заранее, поэтому централизованное производство электроэнергии не обеспечивает энергетическую безопасность на сто процентов.

Использование множества различных источников энергии и децентрализация производства повысит энергетическую безопасность, поскольку выход из строя небольшой установки не окажет существенного влияния на работоспособность сети. Кроме того, повышению энергетической безопасности способствует использование технологий хранения энергии.

Системы накопления энергии могут принимать различные формы. Разные технологии имеют свои сильные и слабые стороны, поэтому наиболее вероятным решением в будущем, скорее всего, будет их комбинация.

Рассмотрим некоторые из существующих альтернатив.

Гидроэнергетика – классика

Хотя говорить о накоплении энергии стало модным только в последние несколько лет, человечество знало эти технологии и раньше. В настоящее время самой крупной формой хранения энергии является гидроэлектростанция.

Плотины образуют большие водоемы за счет естественных процессов, таких как течение рек, осадки и таяние льда весной.

Затем они работают как заряженная батарея: спускаемый через плотину контролируемый поток воды благодаря силе гравитации приводит в движение турбины и производит электричество.

ГЭС такого типа очень полезны для балансировки нагрузки на сеть, поскольку их мощность можно быстро регулировать – при условии, что в водохранилищах достаточно воды. Это условие открывает уязвимость технологии, которая, возможно, будет еще более уязвима из-за меняющегося климата.

Наполненность резервуаров гидроэлектростанций зависит от погодных условий в каждом конкретном году. Многие заполняются весной, а затем используются в течение всего года.

Если погодные условия не обеспечивают достаточный приток воды, это может стать проблемой для регионов, где гидроэнергетика составляет основу их энергетического баланса.

При этом плотинные ГЭС имеют свои экологические недостатки. Плотина преграждает естественное русло реки, препятствуя тем самым свободному продвижению рыб и речных животных. Кроме того, создание водохранилища предусматривает затопление обширной территории, а зачастую это плодородные почвы вокруг русла реки.

Гидроаккумулирующие станции – энергия для энергии

Альтернативой плотинным ГЭС может быть гидроаккумулирующая электростанция, на которой избыточная мощность в непиковое время используется для закачивания воды в резервуар, находящийся на возвышенности, для создания задела для выработки энергии в пиковое время. Хотя в процессе и происходит потеря энергии, для устойчивости энергосистемы такой способ накопления вполне эффективен.

При этом важно учитывать, откуда берется избыточная энергия для заполнения резервуаров. Если это результат работы угольной электростанции, то вряд ли такую систему можно считать экологически устойчивой.

Но если избыточная энергия будет производиться под воздействием силы ветра или энергии солнца – а с ростом использования ВИЭ мы обязательно этого дождемся, – то строительство ГАЭС вполне можно назвать экономически и экологически эффективным.

Аккумуляторы – лучший друг ВИЭ

Аккумуляторные батареи являются важной частью современных систем накопления энергии. Они могут использоваться как в пределах одного дома, так и в национальной электросети. По видам их часто подразделяют на сетевые, локальные и виртуальные.

Национальные или региональные энергосистемы потребуют строительства крупных парков батарей, которые смогут балансировать нагрузки и обеспечивать бесперебойное функционирование энергосистемы в зависимости от нужд потребителей.

Батареи можно эффективно использовать и локально.

С ростом популярности индивидуальных солнечных панелей, размещаемых на крышах частных домов, повышается и спрос на батареи, поскольку владельцы домов хотят лучше контролировать свою локальную энергосеть.

С помощью аккумуляторов они могут сохранять энергию, вырабатываемую солнечными батареями, для собственного использования или для продажи ее в пиковые часы в общую сеть, когда цена на электроэнергию возрастает.

Локальное использование батарей может позитивно отразиться и на стабильности крупных энергосистем, если у них будет доступ к электроэнергии, хранящейся у частных владельцев. Тогда они смогут покупать хранящуюся локально энергию для покрытия пиковых нагрузок.

Дополнительным плюсом к возможности локального накопления энергии является то, что это позволяет использовать ВИЭ для автономного энергоснабжения в удаленных местах без подключения к централизованной электросети.

Таким образом, те, кто имеет дачу вдалеке от линий электропередачи, могут полагаться на энергию от ВИЭ и хранить ее в батареях, а не использовать дизельные генераторы для удовлетворения своих потребностей, когда производительность ВИЭ снижается.

По данным Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA), объем стационарного хранения энергии в батареях к 2030 году увеличится в 17 раз по сравнению с 2017 годом.

Еще одна интересная перспектива – виртуальные батареи. Взять, к примеру, электромобили – это, по сути, аккумуляторы меньшего размера, перемещающиеся по городу. Когда они припаркованы (дома или на работе) и подключены для зарядки, появляется возможность управлять ими как источником энергии для системы в целом.

Если в сети существует локальный дисбаланс, агрегатор может перенаправить поток энергии от батарей. Для одной батареи изменения будут совсем незначительными, но при возможности одновременного управления большим их количеством дисбаланс в сети легко можно компенсировать.

Это повысит эффективность и надежность сети, и это очень интересная перспектива для полностью электрифицированного общества.

Одна из основных проблем при использовании батарей на транспорте – их невысокая плотность энергии, то есть соотношение количества энергии, которое они могут хранить, с их размером и весом. Для больших перевозок необходимое количество аккумуляторов слишком велико, чтобы оправдать вес. Таким образом, чтобы уйти от ископаемого топлива на транспорте, нужны другие решения.

Водород – на смену ископаемому топливу

Еще один способ хранения энергии – использовать ее для производства водорода путем электролиза и хранить его в сжиженном виде. В таком виде водород можно использовать в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания или других установок в любое время.

Производство водорода намного менее эффективно, чем использование аккумуляторов, и примерно соответствует эффективности ископаемого топлива. Тем не менее перспективы использования водорода связаны, прежде всего, с крупным транспортом.

Он может быть использован для питания больших транспортных средств, таких как круизные лайнеры, грузовые суда, поезда и прицепы, которые в противном случае работали бы на газе или даже на мазуте.

Кроме того, водородом можно частично заменить природный газ в уже существующей энергетической инфраструктуре, тем самым уменьшив выбросы CO2.

Водород можно назвать идеальной топливной альтернативой батареям, поскольку при сжигании этого вещества нет никаких вредных выбросов – единственными выбросами являются вода и тепло.

Аммиак – транспортируемый водород

Недостаток водорода заключается в том, что при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении – это газ, и для эффективной транспортировки его необходимо сжать до сжиженного состояния и поддерживать условия для его сохранения в таком состоянии на всем пути. Поэтому перевозка водорода – дорогостоящее удовольствие.

BELLONA в Норвегии вместе с учеными изучает альтернативные носители водорода, то есть вещества, которые частично состоят из водорода и при этом легче транспортируются. Один из лучших кандидатов на эту роль – аммиак.

При комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении аммиак находится в жидком состоянии, поэтому его легко перевозить на большие расстояния.

Превращение водорода в аммиак вызывает дополнительные потери энергии, но это с лихвой компенсируется менее энергоемкой транспортировкой.

В отличие от водорода производство аммиака широко распространено и его поставки налажены по всему миру. Но, с другой стороны, аммиак ядовит, а водород безвреден.

Потенциальная утечка, например при транспортировке аммиака по морю, может иметь негативные последствия для окружающей среды.

Тем не менее комбинация производства водорода и аммиака в качестве носителя водорода может быть неплохой альтернативой.

Аккумулирование электроэнергии не является чем-то новым для человечества – мы практикуем накопление энергии уже больше ста лет.

Новым можно считать современные технологии, которые открывают нам широкий диапазон энергоносителей, будь то водород или аккумуляторы.

Эти технологии не зависят от природных явлений или климата, как, например, водохранилища, и смогут стимулировать повсеместное использование возобновляемых источников энергии.

• Статья подготовлена специально для 74 номера издаваемого «БЕЛЛОНОЙ» журнала «Экология и право».
• Авторы:
• Кристиан Эриксон, специалист по вопросам энергетики, международное объединение BELLONA
• Оскар Ньо, специалист по проектам в России, международное объединение BELLONA

Развитие альтернативной энергии в России уже на повестке дня

Глобальное потепление — это реальность. Поэтому сейчас как никогда важно объединиться всеми странами, чтобы совместными усилиями держать под контролем изменение климата и осуществить всеобщий переход на зеленое электричество. Россия страна с колосальным потенциалом для развития возобновляемых источников энергии. Однако на данный момент он едва реализован. Какого же будущее возобновляемой энергии в России?

Россия находится в топе стран по объему производства и потребления электроэнергии.  При этом больше половины электроэнергии в стране (около 70%) производится на тепловых электростанциях. Они работают на относительно дешевом органическом топливе — угле и мазуте, это невосполнимые природные ресурсы. Более того сжигание топлива влечет за собой такие последствия, как атмосферные выбросы, загрязнение водоемов, скопление тяжелых металов. Все это неизбежно ускоряет темпы глобального потепления; повышение уровня Мирового океана, темпертурные аномалии, частые экстремальные погодные условия, — все эти последствия уже стали реальностью. Чтобы сдерживать глобальное потепление, нам необходимо сократить выбросы в атмосферу на 50–60% к 2030 году.

Переход на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) может стать логичным решением этой проблемы. Этот процесс уже начинает происходить в России, ведь эта страна имеет огромный потенциал для их использования. Например, резко континенентальный климат, преобладающий на территории РФ, влечет к значительной инсоляции, а это значит, что солнечная энергия может стать одной из альтернатив тепловой. Похожая ситуация наблюдается в сфере ветроэнергетики — ветропотенциал России самый большой в мире.

Вдохновленные инициативой RE100, международные компании начинают понимать потенциал альтернативной энергетики и ищут способы использования возобновляемой энергии в России. Стоит заметить, что строительство ветропарков в России набирает обороты: первый ветропарк был запущен в Ульяновской области в начале этого года, планируется строительство в Ростовской области, Республике Калмыкия, Пермском и Ставропольском краях. Но есть и другой немаловажный вопрос, который требует поиска ответов. Как приобретать зеленую энергию, которая проходит через энергосистему? Как создать надежную систему отслеживания такой электроэнергии?

К счастью, появляется все больше новых огранизаций, которые работают над решением этих вопросов и способствуют развитию сферы ВИЭ в России. Например, на недавней конференции «Будущее возобновляемой энергетики в России» было объявлено о запуске новой некоммерческой организации — «Ассоциации развития возобновляемой энергетики» (АРВЭ). На данный момент в ассоциацию уже вошли крупнейшие игроки российского рынка электроэнергии, такие как, РОСНАНО, Хевел, Солар Системс и др..

«АРВЭ создана для содействия привлечению инвестиций в сектор ВИЭ в России и популяризации использования возобновляемых источников. Ассоциация является площадкой для принятия совместных стратегических решений, активных обсуждений законодательных инициатив и других преобразований, касающихся развития сектора возобновляемой энергетики» — говорит Екатерина Гусева, сотрудник пресс-службы ассоциации.

В планах Ассоциации также есть работа над системой сертификатов, отсутствие которой на данный момент является большой проблемой для международных организаций, которые представлены в России и хотят быть максимально устойчивыми.

«Понятие сертификат, подтверждающий объемы производства электроэнергии объектами ВИЭ, в российской нормативной базе присутствует, однако такие сертификаты не подлежат обращению, их нельзя купить или продать, и по факту являются простыми записями в реестре, которые решают простую задачу статистического учета данных по выработке зеленой энергии. Вопрос внедрения в России системы обращения «зеленых» сертификатов уже прорабатывается в Совете рынка, безусловно Ассоциация будет принимать активное участие в этом процессе».

Активно занимается развитием ВИЭ в России и другая ассоциация — GN7, название которой исходит от целей для устойчивого развития ЕС, седьмая из которых посвящена развитию доступной и чистой энергии.

«В настоящий момент планы нашей организации сосредоточены вокруг двух ключевых направлений деятельности, — говорит Татьяна Ланшина, генеральный директор ассоциации «Цель номер семь», — Первое направление – это популяризация возобновляемой энергетики в России. Сейчас многие россияне думают, что ВИЭ – это дорого и ненадежно. Наша задача — развеять эти мифы и сделать ВИЭ нормой. Второе направление – это работа с корпоративным спросом на возобновляемую энергетику. В мире эта тема находится на пике популярности, однако в России все еще только начинается».

Согласно докладу Анатолия Чубайса, главы новой Ассоциации развития возобновляемой энергетики, к 2024 году генерация солнечной и ветроэнергетики достигнет 1%. Это достаточно скромная цифра если сравнить ее с уже имеющимися 17% в Великобритании или 25% в Германии.

«Но впадать в отчаяние не стоит», — считает Татьяна Ланшина, — «Учитывая, что в мире уже более 2/3 всех инвестиций в новую генерацию направляется в сектор ВИЭ, издержки солнечной и ветровой энергетики продолжают снижаться (а во многих странах ВИЭ уже являются конкурентоспособными по цене), а также учитывая неизбежность роста тарифов на электроэнергию в России и необходимость борьбы с различными видами перекрестного субсидирования, возобновляемая энергетика выглядит достаточно интересно и в РФ. В ближайшем будущем России скорее всего не раз придется пересматривать свои пессимистичные официальные ожидания от развития ВИЭ в сторону более оптимистичных».

Все это дает повод надеяться, что развитие ВИЭ в России становится тенденцией, а качественное изменение рынка электроэнергии уже начинает происходить. И каждый из нас скоро сможет сделать выбор в пользу возобновляемой энергии и зеленого будущего.

Автор: Мария Ведякова
Опубликовано 20 февраля 2019

Интернет-издание о высоких технологиях

Альтернативные источники энергии становятся выгодными

Альтернативная энергетика шагнула далеко вперед — то, что еще вчера казалось фантастикой, сегодня стало объективной реальностью. Рост спроса на альтернативные источники энергии вызван уже не только заботой об экологии того или иного региона, но и экономической выгодой.

Согласно недавнему заявлению одного из лидеров энергетического хозяйства Евросоюза, к 2010 году 10% всего потребляемого электричества будет производиться за счет возобновляемых источников энергии. Впереди всех по использованию альтернативных источников электроэнергии пока Германия. Если верить отчету местного Федерального союза энергетики и водного хозяйства (BDEW), то показатель в 10% в настоящий момент здесь почти достигнут, а в 2008 году эта цифра будет намного выше и составит более 14%. Согласно этому же отчету, альтернативные источники энергии в Германии распределились следующим образом: на долю энергии ветра приходится 6,8%, на гидроэнергетику — 3,4%. Использование энергии биомассы дает стране 3,1%. И лишь 0,5% составляют так называемые солнечные батареи или фотоэлектрические системы, если пользоваться научной терминологией.

Напомним, что к альтернативным автономным источникам электроэнергии специалисты относят, прежде всего, энергию солнца, ветра и воды. Отдельным, многоцелевым, источником энергии служит биомасса — из жидких органических отходов которой получают биогаз, являющийся, в том числе, и топливом для электрогенераторов последнего поколения.

На российском рынке представлен целый спектр решений из области альтернативной энергетики, позволяющих решать самые сложные задачи. В том числе и те, для которых раньше применялись традиционные источники автономного электропитания — газовые и дизельные установки. Благодаря энергии солнца, ветра и воды сегодня можно обеспечить электричеством небольшой коттедж и даже целый населенный пункт, организовать поиск и добычу полезных ископаемых, подъем воды из скважин, наладить ирригационные системы.

Энергия ветра

Ветроэнергетические установки являются на сегодняшний день основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую. Ветроэнергетика активно развивается во всем мире. Установка по преобразованию энергии ветра в электрический ток выглядит, как ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей — обычно их 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Для автономного питания используются так называемые малые ветроэнергетические установки — мощностью до 100 кВт. Сфера их применения во многом совпадает с фотопреобразователями.

Подобные ветроустановки часто работают совместно с дизельгенераторами. Активно ведутся инновационные разработки в области ветро-солнечных установок. Считается, что ветро-солнечные электрогенераторы способны обеспечить более равномерную выработку электроэнергии — при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной — наоборот, усиливается.

Энергия воды

Энергия воды используется в установках двух типов. Это, в первую очередь, приливные электростанции, чей принцип работы основан на перепаде уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Основное их преимущество состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды. Вторым типом «водных» электростанций являются речные. Автономные источники электропитания, в основном, устанавливаются на малых реках.

В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке автономных гидроагрегатов, в том числе и в России. Новейшее оборудование полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, а также отличается повышенным сроком службы в сравнении с традиционными источниками электроэнергии — ресурс работы подобных установок до 40 лет. Помимо использования малых рек, одной из инноваций применения автономных гидроэлектростанций является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, на промышленных и канализационных стоках. Автономные гидроэлектростанции обычно устанавливают вместо гасителей давления. 

Энергия биомассы

Под биомассой понимаются все органические вещества растительного и животного происхождения. Энергия, содержащаяся в биомассе, может конвертироваться в технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями. С помощью получения растительных углеводородов, к примеру, можно получить рапсовое масло, добавляемое к дизельному топливу. Термохимическая обработка (прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, фест-пиролиз) дает прямую конверсию в топливо. И третий путь, применяемый исключительно к жидкой биомассе, — биотехнологическая конверсия. На выходе можно получить низкоатомные спирты, жирные кислоты и биогаз.

Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана. Вырабатываемый биогаз используется не только в качестве топлива для электрогенераторов последнего поколения, но и в двигателях внутреннего сгорания — для производства электрической и механической энергии.

Энергия солнца

Бытует мнение, что солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных странах, а Россия после распада Советского Союза является скорее северной страной, где солнечного излучения недостаточно и использовать его нецелесообразно. Но с момента появления первой солнечной батареи (1954 год) прошло более полувека, с тех пор сделано множество открытий в этой области, технология заметно усовершенствовалась. Последние исследования и разработки специалистов Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН) показали, что использовать фотоэлектрические источники питания в России можно и нужно. Плюсы использования солнечных батарей очевидны. Прежде всего, для запуска солнечной батареи не нужны дополнительные источники электроэнергии: чтобы солнечная батарея начала функционировать, достаточно только солнечного излучения. Кроме того, а отличие от дизельгенераторных установок топливо для солнечной батареи неиссякаемо. Во всяком случае, пока светит солнце! Фотоэлектрические установки удобны для транспортировки и монтажа, так как имеют малый вес. Специалисты также отмечают надежность современных солнечных батарей, способных работать очень долго практически в любых климатических зонах.

Фотоэлектрические автономные источники питания обычно состоят из целого ряда солнечных батарей, расположенных на плоскости. Если раньше солнечные батареи имели весьма низкий КПД, то некоторое время назад разрабочикам удалось существенно увеличить показатели благодаря использованию двух- и трехслойных элементов. Электрический ток возникает при попадании солнечных лучей на фотоэлементы — в фотоэлектрическом генераторе. Наиболее эффективны генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником или между разнородными проводниками. Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического (наиболее высокий кпд), поликристаллического и аморфного.

По мнению большинства специалистов, за альтернативным энергоснабжением — будущее не только автономных источников энергоснабжения, но и всей энергетики. По мере появления новых технологических решений, использование подобных установок будет все шире применяться во всем мире. В том числе и в России. Ведь уже сейчас основным мотивом использования альтернативных источников питания является не экологическое обоснование, а экономический фактор. В самое ближайшее время следует ожидать появления множества инноваций в области комбинированных решений — ветро-фотоэлектрических, дизель-ветровых и дизель-фотоэлектрических автономных энергоустановок. Работы в этом направлении активно ведутся.

Андрей Егоров

Тепловая энергия окружающей среды — Vaillant

Альтернативные источники энергии становятся все более привлекательными. Одной из причин является постоянно растущие цены на традиционные виды топлива. Природа предлагает нам многочисленные возможности для экологически чистого и экономного производства теплой энергии. Тепловые насосы используют энергию, которую природа дает нам бесплатно.

Тепловые насосы — использование энергии окружающей стреды

Земля, в частности, обладает гигантскими запасами энергии. В нескольких метрах ниже ее поверхности она сохраняет солнечное тепло. Из ядра Земли температуры величиной 6500 градусов Цельсия излучаются в ее внешние слои. Тепловые насосы используют геотермальное тепло или тепло грунтовых вод в зависимости от технологии. Энергия, накопленная в окружающем воздухе, также подходит для обогрева помещений и производства горячей воды. Тепловые насосы могут использовать эти ресурсы и, таким образом, существенно снижают затраты на производство тепловой энергии.

Не зависимо от того, какая технология используется, тепловые насосы эффективно работают даже при низких температурах окружающей среды. До 75 процентов ваших потребностей в тепловой энергии могут быть получены непосредственно из окружающей среды и бесплатно. Только 25 процентов должны быть добавлены в виде электрической энергии. В зависимости от технологии, тепловые насосы могут подключаться к трем различным источникам тепла

Преимущества использования тепла окружающей среды в качестве источника энергии:

• Отсутствие эмиссии СО2
• Неисчерпаемый источник энергии
• Независимость от поставщиков энергии
• Низкая стоимость отопления

Требования к использованию тепла окружающей среды:

• Большие радиаторы для низкотемпературной системы
• Хорошая изоляция здания

Геотермальная энергия

Тепловые насосы могут использовать энергию земли. Доставка энергии осуществляется двумя различными способами. Либо используется тепло, близкое к поверхности земли там, где температура одинакова почти круглый год. На поверхности земли на глубине 1,5 м устанавливается земляной коллектор в качестве нагревательного контура, который извлекает тело из земли.

Или же, возможна регенерация тепла с помощью малогабаритного геотермального зонда. Геотермическое тепло выводится с помощью специальных грунтовых зондов, которые заглублены до 100 метров в землю. Температура является постоянной в течение всего года и составляет примерно 10 °C, что достаточно для извлечения тепла.

Преимущество использования геотермального тепла:

Хорошее сбережение тепла: круглый год постоянные температуры 7-13 °C

Требования к использованию геотермального тепла:

• Большие площади земли с открытым доступом (земляной коллектор)
• Может требоваться разрешение

Атмосферный воздух как источник энергии

Тепловые насосы могут использовать для отопления окружающий воздух и запасенную в нем энергию. Наши современные тепловые насосы работают экономно и осуществляют нагрев даже при температуре наружного воздуха до -20 ° С.

Преимущества использования атмосферного воздуха:

• Отличная доступность из-за свободного доступа к источнику энергии без переоснащения
• Не требуется разрешения
• Самые низкие инвестиционные затраты
• Особенно подходит для модернизации

Требования к использованию атмосферного воздуха:

• Площадка для установки наружного блока

Грунтовые воды как источник энергии

Тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из грунтовых вод. Их температура постоянная независимо от времени года и внешней температуры. Для извлечения грунтовых вод необходим колодец.

Преимущества использования грунтовых вод:

• Высокая эффективность
• Хорошая аккумуляция тепла: в морозный зимний день поддерживается температура 7-12 °C

Требования к использованию грунтовых вод:

• Качество и количество грунтовых вод: грунтовая вода с низким содержанием минералов и извести

Наилучший источник энергии для ваших целей

То, какой источник энергии и, следовательно, какой тип тепловой насосной системы наилучшим образом подходит для вашего применения, зависит от многих факторов. Следует принять во внимание различные закупочные цены и эксплуатационные расходы.

Однако, отдельные типы тепловых насосов также отличаются друг от друга с точки зрения разрешений, продвижения и требований к зданию.

При выборе нужной системы обогрева стандартного решения не существует. Однако нетрудно найти ту систему, которая удовлетворяет вашим требованиям. Поговорите со специалистами-теплотехниками компании Vaillant. Они могут помочь вам в планировании оптимальной системы обогрева.

Это может вас заинтересовать:

СИЛА ВУЛКАНОВ, ВОДОРОСЛЕЙ И БУМАГИ: НЕОЧЕВИДНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

В поисках альтернативы ископаемым видам топлива ученые по всему миру работают над созданием и внедрением в эксплуатацию новых источников энергии. Всем известно о ветряных электростанциях и солнечных батареях. Рассказываем о более неочевидном топливе — на смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и бумаги.

Водоросли

Один из способов, которым человечество начинает бороться с истощающимися запасами энергии, — это к созданию топлива из биомассы. Процесс производства аналогичен созданию нефти из органических материалов. Основное отличие состоит в том, что для получения топлива из биомассы требуются дни, а не миллионы лет.

Одним из источников топлива будущего являются водоросли — небольшие водные организмы, которые преобразуют солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Ученые и инженеры по всему миру исследуют лучшие штаммы эукариотических водорослей и разрабатывают наиболее эффективные методы ведения сельского хозяйства.

Этот потенциал быстрого производства в сочетании с потенциалом производства бесконечного количества биомассы приводит к теоретически бесконечному источнику энергии. Во всяком случае, более возобновляемому, чем нефть, уголь и газ, и вот почему.

Микроводоросли — это крошечные одноклеточные растения, которые растут в море и улавливают углерод посредством фотосинтеза. Эти растения когда-то были доисторическим источником сырой нефти, которая сегодня добывается из земной коры. Миллионы лет назад цветущие водоросли умерли и погрузились на морское дно. В конце концов, высокое давление и температура земной коры превратили остатки микроводорослей в сырую нефть. Сегодня биотопливо, полученное из водорослей, пытается ускорить этот процесс, создавая условия, необходимые для извлечения масел из липидов микроводорослей.

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

У этого вида топлива пока есть ограничения.

В течение более пяти лет, начиная примерно с 2005 года, компании, производящие биотопливо из водорослей, в том числе такие, как Algenol, Sapphire Energy и Solazyme, привлекли сотни миллионов долларов инвестиций в частный сектор, обещая, что химическая инженерия водорослей может увеличить производство десятков видов водорослей. миллионов галлонов топлива в течение нескольких лет по ценам, конкурентоспособным с ископаемым топливом. Преобразование топлива из водорослей в основном основано на высокой концентрации липидов в сырье: жирных, маслосодержащих молекул кислоты, которые могут быть извлечены для создания биотоплива.

Спустя почти 15 лет мир зеленых технологий разлюбил водорослевое биотопливо. Несмотря на большие суммы, потраченные на разработку процесса конверсии, амбициозные производственные цели отрасли — не говоря уже о конкурентоспособности ископаемого топлива по ценам — остаются далекой мечтой. С точки зрения затрат, значительное снижение цен на нефть в 2008 и 2014 годах, безусловно, не способствовало повышению конкурентоспособности биотоплива, но технические проблемы также оказались серьезным камнем преткновения. Возникли трудноразрешимые проблемы с точки зрения энергетического баланса экстракции липидов, поддержания подходящих условий выращивания в открытых прудах и огромных объемов воды, CO₂ и удобрений, необходимых для того, чтобы водоросли могли фотосинтезировать достаточно быстро в больших масштабах.

Вулканы

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. Исследования проводились на спящем вулкане в штате Орегон, США. Соленую воду закачали глубоко в горные породы. Благодаря распаду радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли температура в недрах очень высока. При нагреве вода превратилась в пар. Он подается в турбину, которая и вырабатывает электроэнергию.

На сегодняшний день существуют пока две действующие электростанции, которые используют такую технологию. Одна во Франции, а другая — Германии. Вообще, по оценкам геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Очень горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Вулкан Западный Мату извергается в 2009 году. Изображение любезно предоставлено Национальным управлением океанических и атмосферных исследований. Предоставлено: Национальное управление океанических и атмосферных исследований.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Кроме того, недавнее исследование показало, что извержения вулканов глубоко в океанах могут вызывать чрезвычайно мощные выбросы энергии со скоростью, достаточной для того, чтобы обеспечить энергией все Соединенные Штаты.

Долгое время считалось, что извержения глубоководных вулканов относительно неинтересны по сравнению с извержениями на суше. Хотя наземные вулканы часто вызывают впечатляющие извержения, рассеивая вулканический пепел в окружающей среде, считалось, что морские извержения на глубине вызывают только медленно движущиеся потоки лавы .

Но данные, собранные с помощью дистанционно управляемых аппаратов глубоко в северо-восточной части Тихого океана и проанализированные учеными из Университета Лидса, выявили связь между тем, как рассеивается пепел во время извержений подводных лодок, и образованием больших и мощных столбов нагретой воды, поднимающихся из дно океана  известное как мегаплюмы.

Эти мегаплумы содержат горячую, богатую химическими веществами воду и действуют так же, как атмосферные шлейфы, видимые от наземных вулканов, распространяясь сначала вверх, а затем наружу, унося с собой вулканический пепел. Размер мегаплюмов огромен, объем воды эквивалентен сорока миллионам плавательных бассейнов олимпийского размера. Они были обнаружены над различными подводными вулканами, но их происхождение осталось неизвестным. Результаты нового исследования ученых из университета Лидса показывают, что они быстро образуются во время извержения лавы.

Исследователи разработали математическую модель, которая показывает, как пепел от этих подводных извержений распространяется на несколько километров от вулкана. Они использовали структуру пепла, образовавшегося в результате исторического извержения подводной лодки, чтобы реконструировать его динамику. Это показало, что скорость высвобождения энергии, необходимая для переноса пепла на наблюдаемые расстояния, чрезвычайно высока — эквивалентна мощности, используемой всеми Соединёнными Штатами.

Бумага

Технология, созданная в Японии компанией Sony, вырабатывает электричество, превращая измельченную бумагу в сахар, который, в свою очередь, используется в качестве топлива. Команда, стоящая за проектом, сказала, что такие биобатареи безвредны для окружающей среды, поскольку в них не используются вредные химические вещества или металлы.

Процесс основан на использовании фермента целлюлазы для разложения материалов на глюкозный сахар. Затем они объединяются с кислородом и другими ферментами, которые превращают материал в электроны и ионы водорода. В проекте электроны использовались батареей для выработки электричества. Вода и кислотный глюконолактон, который обычно используется в косметике, были созданы как побочные продукты.

Исследователи, участвовавшие в проекте, сравнили этот процесс с механизмом, который используют термиты для переваривания древесины и превращения ее в энергию. Их работа основана на предыдущем проекте, в котором они использовали фруктовый сок для питания музыкального плеера Walkman.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. С презентации проекта прошло много лет, но пока технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Что в итоге?

Люди используют ископаемые как основной источник энергии. Проблема в том, что они рано или поздно, теоретически, могут закончиться. Но люди могут до этого момента и не дожить из-за глобального потепления и изменения климата. Ученые и энтузиасты ищут новые источники энергии ежедневно. Не все из них очевидны и станут коммерчески успешными сразу, но работа в таком направлении — уже прогресс, который может помочь нашему существованию. Время забросить широкую сеть.

 

 

Источник: https://hightech.fm

 

Электроэнергия, полученная из воздуха, может стать новейшим альтернативным источником энергии

ВЫПУСКАЕТСЯ ДЛЯ ВЫПУСКА | 25 августа 2010 г.

Примечание для журналистов: Сообщите, что это исследование было представлено на заседании Американского химического общества

БОСТОН, авг.25, 2010 — Представьте себе устройства, которые улавливают электричество из воздуха — так же, как солнечные элементы улавливают солнечный свет — и используют их для освещения дома или подзарядки электромобиля. Представьте себе использование подобных панелей на крышах зданий, чтобы предотвратить образование молнии. Как это ни странно звучит, согласно докладу, представленному сегодня на Национальном собрании Американского химического общества (ACS), ученые уже находятся на ранних стадиях разработки таких устройств.

«Наши исследования могут проложить путь к превращению электричества из атмосферы в альтернативный источник энергии в будущем», — сказал руководитель исследования Фернандо Галембек, доктор философии.Д. Его исследования могут помочь объяснить научную загадку 200-летней давности о том, как электричество производится и разряжается в атмосфере. «Подобно тому, как солнечная энергия может освободить некоторые домохозяйства от оплаты счетов за электричество, этот многообещающий новый источник энергии может иметь аналогичный эффект», — утверждает он.

Во время встречи, авг.22-26, с контактами можно связаться по телефону:
617-954-3522

«Если мы знаем, как электричество накапливается и распространяется в атмосфере, мы также можем предотвратить смерть и ущерб от ударов молнии», — сказал Галембек, отметив, что молния вызывает тысячи смертей и травм во всем мире и миллионы долларов материального ущерба.

Идея использования силы электричества, образовавшейся естественным образом, волновала ученых на протяжении веков. Они заметили, что при выходе пара из котлов образовывались искры статического электричества. Рабочие, соприкасавшиеся с паром, даже получали болезненные удары током. Например, знаменитый изобретатель Никола Тесла был среди тех, кто мечтал улавливать и использовать электричество из воздуха. Это электричество, которое образуется, например, когда водяной пар собирается на микроскопических частицах пыли и других материалов в воздухе.Но до сих пор ученым не хватало адекватных знаний о процессах, связанных с образованием и высвобождением электричества из воды в атмосфере, сказал Галембек. Он работает в Университете Кампинаса в Кампинасе, штат Пенсильвания, Бразилия.

Ученые когда-то считали, что капли воды в атмосфере электрически нейтральны и остаются таковыми даже после контакта с электрическими зарядами на частицах пыли и каплях других жидкостей.Но новые данные свидетельствуют о том, что вода в атмосфере действительно улавливает электрический заряд.

Галембек и его коллеги подтвердили эту идею, используя лабораторные эксперименты, имитирующие контакт воды с частицами пыли в воздухе. Они использовали крошечные частицы диоксида кремния и фосфата алюминия, которые обычно переносятся по воздуху, показывая, что диоксид кремния становится более отрицательно заряженным в присутствии высокой влажности, а фосфат алюминия становится более положительно заряженным.Высокая влажность означает высокий уровень водяного пара в воздухе — пар, который конденсируется и становится видимым в виде «тумана» на окнах кондиционируемых автомобилей и зданий в жаркие летние дни.

«Это явное доказательство того, что вода в атмосфере может накапливать электрические заряды и передавать их другим материалам, с которыми соприкасается», — пояснил Галембек. «Мы называем это« гигроэлектричество », что означает« влажное электричество ».”

В будущем, добавил он, возможно, появится возможность разработать коллекторы, аналогичные солнечным элементам, которые собирают солнце для производства электричества, для улавливания гигроэлектричества и направления его в дома и на предприятия. Так же, как солнечные элементы лучше всего работают в солнечных регионах мира, гигроэлектрические панели будут работать более эффективно в областях с высокой влажностью, таких как северо-восток и юго-восток США и влажные тропики.

Галембек сказал, что подобный подход может помочь предотвратить образование и удар молнии. Он предполагал разместить гигроэлектрические панели на крышах зданий в регионах, где часто бывают грозы. Панели будут отводить электричество из воздуха и предотвращать накопление электрического заряда, который выделяется при молнии. Его исследовательская группа уже тестирует металлы, чтобы определить те из них, которые имеют наибольший потенциал для использования в улавливании атмосферного электричества и предотвращении ударов молний.

«Это захватывающие идеи, которые, как показывают новые исследования, сделанные нами и другими научными коллективами, теперь возможны», — сказал Галембек. «Нам, безусловно, предстоит долгий путь. Но преимущества использования гигроэлектричества в большом диапазоне могут быть существенными ».

CNPq (Национальный совет по научному и технологическому развитию) и FAPESP (Исследовательский фонд штата Сан-Паулу) профинансировали исследование.

Кредит: iStock

Является ли эта «истинная энергия» спящим гигантом возобновляемых источников энергии? — Генератор ленд-арта

Компания под названием SEFE сообщает, что скоро она сможет генерировать неограниченный запас возобновляемой энергии путем преобразования статического электричества из атмосферы в постоянный ток.

Еще со времен Бенджамина Франклина и его воздушного змея мы знали об электрической энергии, которая статически и постоянно присутствует в большой величине между отрицательно заряженной землей и положительно заряженной атмосферой.

В этой статье в Википедии гораздо больше информации о том, откуда берется эта энергия.

На протяжении многих лет (начиная с Николы Теслы) было много попыток использовать эту скрытую энергию для практического использования.

Но никому не удавалось использовать это на практике… возможно, до сих пор? С (красиво оформленного и информативного) веб-сайта SEFE:

SEFE разработала запатентованную технологию, которая направлена ​​на получение постоянного и мощного статического электричества, которое постоянно образуется в атмосфере Земли.Система Harmony компании SEFE с помощью ряда запатентованных устройств, на которые подана заявка на патент, предназначена для отвода статического электричества в форме постоянного тока из атмосферы, преобразования его в переменный ток для немедленного потребления энергии. Кроме того, система может преобразовывать переменный ток обратно в форму постоянного тока для длительного хранения в батареях. В конструкции системы используется авианосец, которым может быть высотный метеозонд или дирижабль, для отправки проводящего кабеля в атмосферу, где он подвешивается и привязан в постоянном контакте с наземным узлом.К проводящему кабелю прикреплен «черный ящик», который преобразует естественное электричество в пригодную для использования форму. Электроэнергия направляется по токопроводящему кабелю к генератору электроэнергии, который, в свою очередь, может отправлять электроэнергию в инфраструктуру и сеть существующей электроэнергетической компании для коммерческого и бытового потребления. Этот генератор платформы также может преобразовывать электроэнергию для длительного хранения.

Флагманский продукт

SEFE называется Harmony III и включает в себя электростатический двигатель, который работает как генератор, когда он питается от источника высокого напряжения / низкого тока, такого как тот, который в изобилии присутствует в атмосфере.На данный момент SEFE получила четыре патента на свою систему и ожидает утверждения еще нескольких.

Один из вопросов в их онлайн-FAQ относится к эстетике системы:

Q: Ветряные электростанции занимают всю сельскую местность и стирают ландшафт. Разве это не относится к воздушным шарам в небе?

A: Одним словом, нет. Чтобы максимально увеличить сбор электроэнергии, система SEFE поднимает бортовое устройство на сотни футов в атмосферу, вдали от обычной прямой видимости.Кроме того, поскольку каждый блок может генерировать большое количество электроэнергии, требуется меньше блоков во взаимодействии друг с другом. Таким образом, меньше единиц усеивают ландшафт. Напротив, солнечные или ветровые системы требуют значительного пространства; следовательно, эти «фермы» занимаются недвижимостью при производстве электроэнергии. Вместо этого мы собираем электроэнергию прямо из источника.

Возможно, вы не сможете увидеть устройства для сбора, но было бы интересно изучить художественные возможности наземного оборудования и систем привязки.

Название SEFE происходит от метеорологического явления под названием «Огонь Святого Эльма», когда корональный разряд от заземленного объекта вызывает образование света на концах острых углов этого объекта. Чаще всего он исходит от судовых мачт во время грозы, когда атмосферное напряжение очень высокое.

Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, но, просмотрев обильное количество информации на их веб-сайте, мы очень оптимистично настроены в отношении того, что SEFE действительно что-то понимает.Это публично торгуемая компания, и с марта цена их акций неуклонно растет, причем в последние пару недель наблюдается некоторая экстремальная активность.

Местные преимущества и ресурсы возобновляемых источников энергии

На этой странице:

Обзор

Местные органы власти могут значительно сократить свой углеродный след, покупая или напрямую вырабатывая электроэнергию из чистых возобновляемых источников.

К наиболее распространенным технологиям использования возобновляемых источников энергии относятся:

• Солнечная энергия (фотоэлектрическая, солнечная тепловая)
• Ветер
• Биогаз (e.г., свалочный газ / газ метантенка для очистки сточных вод)
• Геотермальная энергия
• Биомасса
• Гидроэлектростанция с низким уровнем воздействия
• Новые технологии — энергия волн и приливов

Местные органы власти могут подавать пример, производя энергию на месте, покупая экологически чистую энергию или покупая возобновляемую энергию. Использование комбинации вариантов возобновляемой энергии может помочь в достижении целей местных органов власти, особенно в некоторых регионах, где доступность и качество возобновляемых ресурсов различаются.

Варианты использования возобновляемых источников энергии включают:

• Производство возобновляемой энергии на месте с использованием системы или устройства в месте, где используется энергия (например, фотоэлектрические панели на государственном здании, геотермальные тепловые насосы, комбинированное производство тепла и электроэнергии на биомассе).

• Покупка зеленой энергии через сертификаты возобновляемой энергии (REC) — также известные как зеленые метки, сертификаты зеленой энергии или продаваемые сертификаты возобновляемых источников энергии — которые представляют собой технологии и экологические характеристики электроэнергии, произведенной из возобновляемых ресурсов.

• Покупка возобновляемой энергии у электроэнергетической компании в рамках программы экологичного ценообразования или зеленого маркетинга, при которой покупатели платят небольшую надбавку в обмен на электроэнергию, произведенную на месте из зеленых энергоресурсов.

Преимущества возобновляемых источников энергии

Экологические и экономические выгоды от использования возобновляемых источников энергии включают:

• Производство энергии, исключающей выбросы парниковых газов из ископаемого топлива и снижающей некоторые виды загрязнения воздуха
• Диверсификация энергоснабжения и снижение зависимости от импортного топлива
• Создание экономического развития и рабочих мест в производстве, установке и т. Д.

Реализация проектов по возобновляемой энергии на месте

Производство электроэнергии на месте предоставляет местным органам власти самый прямой доступ к возобновляемым источникам энергии.В дополнение к общим преимуществам, проекты на местах также обеспечивают защиту от финансовых рисков и улучшают качество электроэнергии и надежность электроснабжения.

Однако органы местного самоуправления, рассматривающие возможность генерации на месте, могут столкнуться с возможными техническими, финансовыми и нормативными проблемами. Чтобы преодолеть эти проблемы, органы местного самоуправления могут:

• Оценить наличие местных возобновляемых ресурсов
• Рассмотрите стоимость различных возобновляемых технологий
• Изучите совокупные затраты и преимущества экологически чистой энергии на месте
• Рассмотреть требования к разрешениям для мест, где может быть размещен объект
• Привлечь местные заинтересованные стороны, особенно при выборе площадки
• Оценить имеющиеся источники финансирования и других стимулов

Инструменты и ресурсы

Энергия ветра и окружающая среда

Ветер — источник энергии без выбросов

Ветер — возобновляемый источник энергии.В целом, использование ветра для производства энергии оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем многие другие источники энергии. Ветровые турбины не выделяют выбросов, которые могут загрязнять воздух или воду (за редким исключением), и им не требуется вода для охлаждения. Ветровые турбины могут также снизить объем производства электроэнергии из ископаемого топлива, что приведет к снижению общего загрязнения воздуха и выбросов углекислого газа.

Отдельная ветряная турбина занимает относительно небольшую площадь. Группы ветряных турбин, которые иногда называют ветряными электростанциями, расположены на открытой суше, на горных хребтах или в прибрежных водах озер или океана.

Ветряные турбины на проекте Серро Гордо, к западу от Мейсон-Сити, Айова

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (общественное достояние)

Ветровые турбины оказывают негативное воздействие на окружающую среду

Современные ветряные турбины могут быть очень большими машинами, и они могут визуально влиять на ландшафт. Небольшое количество ветряных турбин также загорелось, и в некоторых произошла утечка смазочной жидкости, но это случается редко.Некоторым людям не нравится звук, который издают лопасти ветряных турбин, когда они вращаются на ветру. Некоторые типы ветряных турбин и ветряные проекты вызывают гибель птиц и летучих мышей. Эти смерти могут способствовать сокращению популяции видов, на которые также влияют другие антропогенные воздействия. Ветряная энергетика и правительство США изучают способы уменьшить влияние ветряных турбин на птиц и летучих мышей.

Для большинства проектов ветроэнергетики на суше требуются служебные дороги, которые увеличивают физическое воздействие на окружающую среду.Производство металлов и других материалов, используемых для изготовления компонентов ветряных турбин, оказывает воздействие на окружающую среду, и ископаемое топливо могло использоваться для производства материалов.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Электричество и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Хотя электричество является чистым и относительно безопасным видом энергии, когда оно используется, производство и передача электричества влияют на окружающую среду.Почти все типы электростанций оказывают влияние на окружающую среду, но некоторые электростанции оказывают большее влияние, чем другие.

В США действуют законы, регулирующие влияние производства и передачи электроэнергии на окружающую среду. Закон о чистом воздухе регулирует выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на большинстве электростанций. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) регулирует Закон о чистом воздухе и устанавливает стандарты выбросов для электростанций в рамках различных программ, таких как Программа кислотных дождей.Закон о чистом воздухе помог существенно сократить выбросы некоторых основных загрязнителей воздуха в Соединенных Штатах.

Влияние электростанции на ландшафт

Все электростанции имеют физический след (местоположение электростанции). Некоторые электростанции расположены внутри, на или рядом с существующим зданием, поэтому занимаемая площадь довольно мала. Большинство крупных электростанций требуют расчистки земли для строительства электростанции. Некоторым электростанциям также могут потребоваться подъездные дороги, железные дороги и трубопроводы для доставки топлива, линии электропередачи и системы подачи охлаждающей воды.Электростанции, работающие на твердом топливе, могут иметь места для хранения золы сгорания.

Многие электростанции представляют собой большие сооружения, изменяющие визуальный ландшафт. В целом, чем больше конструкция, тем больше вероятность того, что электростанция повлияет на визуальный ландшафт.

Две угольные электростанции Северного парового комплекса Кристал-Ривер в Кристал-Ривер, Флорида

Источник: Ebyabe, автор Wikimedia Commons (GNU Free Documentation License) (общественное достояние)

Электростанции, сжигающие ископаемое топливо, биомассу и отходы

• Двуокись углерода (CO2)
• Окись углерода (CO)
• Диоксид серы (SO2)
• Оксиды азота (NOx)
• Твердые частицы (ТЧ)
• Тяжелые металлы, такие как ртуть

• CO2 — это парниковый газ, который способствует парниковому эффекту.
• SO2 вызывает кислотные дожди, вредные для растений и животных, живущих в воде. SO2 также ухудшает респираторные и сердечные заболевания, особенно у детей и пожилых людей.
• NOx способствует образованию озона на уровне земли, который раздражает и повреждает легкие.
• PM приводит к возникновению тумана в городских и живописных районах и в сочетании с озоном способствует развитию астмы и хронического бронхита, особенно у детей и пожилых людей. Очень маленькие, или fine PM , также считаются причиной эмфиземы и рака легких.
• Тяжелые металлы, такие как ртуть, опасны для здоровья человека и животных.

Электростанции снижают выбросы загрязняющих веществ различными способами

• Сжигание угля с низким содержанием серы для снижения выбросов SO2. Некоторые угольные электростанции сжигают древесной щепы с углем для сокращения выбросов SO2. Предварительная обработка и переработка угля также может снизить уровень нежелательных соединений в дымовых газах.
• Различные типы устройств для контроля выбросов твердых частиц обрабатывают дымовые газы перед их выходом из электростанции:
  • Мешковые камеры — это большие фильтры, улавливающие твердые частицы.
  В электрофильтрах
  • используются электрически заряженные пластины, которые притягивают и вытягивают твердые частицы из дымовых газов.
  • В мокрых скрубберах используется жидкий раствор для удаления ТЧ из дымовых газов.
• В мокрых и сухих скрубберах известь смешивается с топливом (углем) или распыляется раствор извести в дымовые газы для снижения выбросов SO2. Сжигание в псевдоожиженном слое также приводит к снижению выбросов SO2.
• Средства контроля выбросов NOx включают горелки с низким уровнем NOx во время фазы сгорания или селективные каталитические и некаталитические преобразователи во время фазы дожигания.

Электростанция Хантера, угольная электростанция к югу от Касл-Дейл, Юта

Источник: Триша Симпсон, автор Wikimedia Commons (GNU Free Documentation License) (общественное достояние)

Многие электростанции в США производят выбросы CO2

Электроэнергетика является крупным источником выбросов CO2 в США. Электростанции электроэнергетического сектора, которые сжигали ископаемое топливо или материалы, изготовленные из ископаемого топлива, а также некоторые геотермальные электростанции были источником около 33% общего количества U.S. Выбросы CO2, связанные с энергетикой в ​​2018 году.

Некоторые электростанции также производят жидкие и твердые отходы

Зола — это твердый остаток, образующийся при сжигании твердого топлива, такого как уголь, биомасса и твердые бытовые отходы. Зольный шлак включает самые крупные частицы, которые собираются на дне камеры сгорания котлов электростанций. Летучая зола — это более мелкие и легкие частицы, которые собираются в устройствах для контроля выбросов в атмосферу. Летучая зола обычно смешивается с зольным остатком.Зола содержит все опасные материалы, которые улавливают устройства контроля загрязнения. Многие угольные электростанции хранят зольный шлам (зола, смешанная с водой) в накопительных прудах. Некоторые из этих прудов прорвались и нанесли значительный ущерб и загрязнение ниже по течению. Некоторые угольные электростанции отправляют золу на свалки или продают золу для производства бетонных блоков или асфальта.

Атомные электростанции образуют различные виды отходов

• Низкоактивные отходы, такие как загрязненные защитные бахилы, одежда, протирочные тряпки, швабры, фильтры, остатки очистки реакторной воды, оборудование и инструменты, хранятся на атомных электростанциях до тех пор, пока радиоактивность в отходах не снизится до безопасного уровня. для захоронения как обычный мусор, либо отправляется на свалку низкоактивных радиоактивных отходов.
• Высокоактивные отходы, к которым относятся высокорадиоактивные отработанные (использованные) ядерные тепловыделяющие сборки, должны храниться в специально разработанных контейнерах и установках для хранения (см. Временное хранение и окончательное захоронение в США).

Линии электропередач и другая распределительная инфраструктура также занимают площадь

Линии электропередачи и распределительная инфраструктура, по которой электроэнергия доставляется от электростанций к потребителям, также оказывают воздействие на окружающую среду.Большинство линий электропередачи проходят над землей на больших башнях. Башни и линии электропередач изменяют визуальный ландшафт, особенно когда они проходят через незастроенные участки. Растительность вблизи линий электропередачи может быть нарушена, и, возможно, придется постоянно контролировать ее, чтобы держать ее подальше от линий электропередач. Эти действия могут повлиять на популяции местных растений и дикую природу. Линии электропередачи могут быть проложены под землей, но это более дорогой вариант и обычно не делается за пределами городских районов.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Возобновляемые источники энергии | Типы, формы и источники

В настоящее время наиболее популярными возобновляемыми источниками энергии являются:

1. Солнечная энергия
2. Ветровая энергия
3. Гидроэнергия
4. Приливная энергия
5. Геотермальная энергия
6. Энергия биомассы

Как эти типы возобновляемых источников энергии Энергетическая работа

1) Солнечная энергия

Солнечный свет — один из самых богатых и свободно доступных энергетических ресурсов нашей планеты.Количество солнечной энергии, которая достигает поверхности Земли за один час, превышает общие потребности планеты в энергии за год. Хотя это звучит как идеальный возобновляемый источник энергии, количество солнечной энергии, которое мы можем использовать, варьируется в зависимости от времени суток и сезона года, а также географического положения. В Великобритании солнечная энергия становится все более популярным способом дополнить потребление энергии. Узнайте, подходит ли это вам, прочитав наше руководство по солнечной энергии.

2) Ветровая энергия

Ветер — изобильный источник чистой энергии.Ветряные фермы становятся все более привычным явлением в Великобритании, поскольку энергия ветра вносит все больший вклад в национальную энергосистему. Чтобы использовать электричество из энергии ветра, турбины используются для приведения в действие генераторов, которые затем подают электроэнергию в национальную энергосистему. Несмотря на то, что существуют бытовые или «внесетевые» системы выработки электроэнергии, не все объекты подходят для установки отечественной ветряной турбины. Узнайте больше о ветроэнергетике на нашей странице о ветроэнергетике.

3) Гидроэнергетика

Как возобновляемый источник энергии, гидроэнергетика является одним из наиболее коммерчески развитых.Построив плотину или барьер, можно использовать большой резервуар для создания контролируемого потока воды, который будет приводить в движение турбину, вырабатывающую электричество. Этот источник энергии часто может быть более надежным, чем солнечная или ветровая энергия (особенно если это приливно, а не река), а также позволяет хранить электроэнергию для использования, когда спрос достигает пика. Как и энергия ветра, в определенных ситуациях гидроэнергетика может быть более жизнеспособной в качестве коммерческого источника энергии (в зависимости от типа и по сравнению с другими источниками энергии), но в очень большой степени в зависимости от типа собственности ее можно использовать для бытовых, автономных ‘ поколение.Узнайте больше, посетив нашу страницу о гидроэнергетике.

4) Приливная энергия

Это еще одна форма гидроэнергетики, которая использует приливные течения два раза в день для привода турбогенераторов. Хотя приливный поток, в отличие от некоторых других источников гидроэнергии, не является постоянным, он очень предсказуем и поэтому может компенсировать периоды, когда приливное течение невелико. Узнайте больше, посетив нашу страницу морской энергетики.

5) Геотермальная энергия

За счет использования естественного тепла под поверхностью земли, геотермальная энергия может использоваться для непосредственного обогрева домов или для выработки электроэнергии.Хотя геотермальная энергия использует энергию прямо у нас под ногами, она имеет незначительное значение в Великобритании по сравнению с такими странами, как Исландия, где геотермальное тепло гораздо более доступно.

6) Энергия биомассы

Это преобразование твердого топлива из растительных материалов в электричество. Хотя по сути, биомасса включает сжигание органических материалов для производства электроэнергии, и в настоящее время это гораздо более чистый и энергоэффективный процесс.Преобразуя сельскохозяйственные, промышленные и бытовые отходы в твердое, жидкое и газовое топливо, биомасса вырабатывает электроэнергию с гораздо меньшими экономическими и экологическими затратами.

Что не является возобновляемым источником энергии?

Ископаемое топливо не является возобновляемым источником энергии, потому что оно не безгранично. Кроме того, они выделяют в нашу атмосферу углекислый газ, который способствует изменению климата и глобальному потеплению.

Сжигать дрова вместо угля немного лучше, но это сложно.С одной стороны, древесина является возобновляемым ресурсом — при условии, что она поступает из устойчиво управляемых лесов. Древесные пеллеты и прессованные брикеты производятся из побочных продуктов деревообрабатывающей промышленности, поэтому, возможно, это отходы вторичной переработки.

Топливо из сжатой биомассы также производит больше энергии, чем бревна. С другой стороны, при сжигании древесины (будь то необработанная древесина или переработанные отходы) частицы попадают в нашу атмосферу.

Будущее возобновляемых источников энергии

По мере роста населения мира растет и спрос на энергию для обеспечения наших домов, предприятий и сообществ.Инновации и расширение возобновляемых источников энергии являются ключом к поддержанию устойчивого уровня энергии и защите нашей планеты от изменения климата.

На сегодня возобновляемые источники энергии составляют 26% мировой электроэнергии, но, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), к 2024 году ожидается, что их доля достигнет 30%. «Это поворотное время для возобновляемых источников энергии», — говорится в заявлении МЭА. исполнительный директор, Фатих Бирол.

В 2020 году Великобритания совершит новую удивительную веху в области возобновляемых источников энергии.В среду, 10 июня, страна впервые отметила два месяца работы исключительно на возобновляемых источниках энергии. Это большой шаг в правильном направлении для возобновляемых источников энергии. (1)

Ожидается, что в будущем количество возобновляемых источников энергии будет продолжать расти, поскольку мы видим рост спроса на электроэнергию. Это снизит цены на возобновляемые источники энергии — отлично для нашей планеты и для наших кошельков.

Почему возобновляемые источники энергии | CRS

Почему возобновляемые источники энергии?

Производство электроэнергии — основная причина промышленного загрязнения воздуха в США.S. Большая часть нашей электроэнергии вырабатывается на угольных, атомных и других невозобновляемых электростанциях. Производство энергии из этих ресурсов наносит серьезный ущерб окружающей среде, загрязняя воздух, землю и воду.

Возобновляемые источники энергии могут использоваться для производства электроэнергии с меньшим воздействием на окружающую среду. Можно производить электричество из возобновляемых источников энергии без образования CO ₂ , основной причины глобального изменения климата.

Но сначала, что такое возобновляемая энергия? Возобновляемая энергия — это энергия, полученная из природных ресурсов, которые восполняются в течение определенного периода времени, не истощая ресурсы Земли.Эти ресурсы также обладают тем преимуществом, что их изобилие, они доступны в некотором объеме почти повсюду и не причиняют значительного ущерба окружающей среде, если вообще наносят его. Примерами могут служить энергия солнца, ветра и тепловая энергия, хранящаяся в земной коре. Для сравнения, ископаемые виды топлива, такие как нефть, уголь и природный газ, не являются возобновляемыми, поскольку их количество ограничено — как только мы их извлечем, они перестанут быть доступными для использования в качестве экономически жизнеспособного источника энергии. Хотя они производятся в результате естественных процессов, эти процессы слишком медленны, чтобы восполнить это топливо так же быстро, как люди его используют, поэтому эти источники рано или поздно закончатся.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают множество преимуществ для людей, бизнеса и планеты.

Производство электроэнергии и ваше здоровье

• 66% двуокиси серы (SO2) в стране, которая вызывает кислотные дожди, приходится на выработку электроэнергии. По данным Американской ассоциации легких, диоксид серы влияет на дыхание, усиливает респираторные заболевания, ослабляет защитные силы легких и усугубляет сердечно-сосудистые заболевания.
• 25% оксидов азота (NOx) , которые вступают в реакцию с солнечным светом с образованием озона и смога на уровне земли, образуются при производстве электроэнергии.По данным Американской ассоциации легких, озон и смог раздражают легкие и снижают сопротивляемость таким инфекциям, как грипп.
• Озон (O3) естественным образом встречается в верхних слоях атмосферы, где это полезно. Однако озон в нижних слоях атмосферы создает городскую дымку, которую мы называем смогом. Автомобили и производство электроэнергии вносят основной вклад в приземный озон. Он вызывает более 1,5 миллиона серьезных респираторных заболеваний в год у детей и взрослых. Кратковременные эффекты включают кашель, раздражение легких и обострение респираторного заболевания.Долгосрочные эффекты включают хронические заболевания легких и даже рак.
• Твердые частицы — это тип загрязнения воздуха, который чаще называют сажей. Воздействие твердых частиц особенно вредно для людей с заболеваниями легких (например, астмой, бронхитом, эмфиземой) и сердечными заболеваниями.
• Двуокись углерода (CO2) — это газ, изменяющий климат, вызывающий глобальное потепление. Глобальное потепление может привести к распространению инфекционных заболеваний, таких как малярия и лихорадка денге.Это также способствует ухудшению качества воздуха, что усиливает воздействие на здоровье других загрязнителей воздуха. Долгосрочные последствия, связанные с сжиганием ископаемого топлива, могут быть даже более тревожными, чем сегодняшние смерти, связанные с загрязнением воздуха. В будущем тропические болезни могут процветать по мере потепления климата Земли, а смертность из-за экстремальных погодных условий (например, переохлаждения) может возрасти.
• Ядерная энергия представляет собой уникальную угрозу радиоактивных отходов и радиации. Отходы объектов атомной энергетики опасно перевозить и утилизировать.Кроме того, существует вероятность катастрофической ядерной аварии, такой как Чернобыль. Воздействие радиоактивных отходов на здоровье включает рак, бесплодие и даже смерть. Радиация может вызвать повреждение иммунной системы, лейкемию, выкидыши, мертворождения, деформации и генетические мутации.
• Ртуть — высокотоксичный металл, который выделяется на угольных электростанциях. Ртуть накапливается в жировых клетках рыб и других животных. Когда люди едят рыбу, они подвергаются воздействию ртути. Ртуть вызывает необратимое повреждение печени и центральной нервной системы, вызывая потерю двигательной функции, невнятную речь, туннельное зрение и потерю слуха.Ртуть особенно опасна при попадании в организм беременных или кормящих женщин, поскольку она может вызвать врожденные дефекты и пороки развития. Поскольку ртуть накапливается в биологических организмах, она постоянно перерабатывается в окружающей среде по мере продвижения по пищевой цепочке.

Для получения дополнительной информации о вашем здоровье и электроэнергии:

Возобновляемые источники энергии на благо экономики

Возобновляемые источники энергии полезны для бизнеса, обеспечивая энергетическую безопасность, экономическое развитие, стабильность цен на энергоносители и снижая глобальные риски изменения климата.
Энергетическая безопасность

Возобновляемые источники энергии обеспечивают надежные источники питания и диверсификацию топлива, что повышает энергетическую безопасность и снижает риск разливов топлива, сокращая при этом потребность в импортном топливе. Возобновляемые источники энергии также помогают сберечь природные ресурсы страны.
Экономическое развитие

Согласно двум исследованиям Управления энергетической информации (EIA) Министерства энергетики США (DOE) и Союза заинтересованных ученых (UCS) ¹ , если U.S. должен был поставлять 10% своей электроэнергии из возобновляемых источников к 2020 году, в результате чего произошло бы следующее:

• Потребительская экономия: от 22,6 до 37,7 млрд долларов за счет снижения счетов за электроэнергию и природный газ
• Рабочие места: 91220 новых рабочих мест — почти вдвое больше, чем производство электроэнергии из ископаемого топлива
• Экономическое развитие: 41,5 млрд долларов новых капиталовложений, 5,7 млрд долларов дохода фермерам, владельцам ранчо и сельским землевладельцам и 2,8 млрд долларов новых местных налоговых поступлений
• Более здоровая окружающая среда: сокращение загрязнения в результате глобального потепления, равное сокращению количества автомобилей на дорогах с 25 до 32 миллионов, плюс уменьшение дымки, смога, кислотных дождей, загрязнения ртутью и использования воды

Стабильность цены

Возобновляемые источники энергии, такие как ветровая, солнечная, гидро- и геотермальная, не влекут за собой затрат на топливо и не требуют транспортировки, и поэтому обеспечивают большую стабильность цен.Фактически, некоторые электроэнергетические компании учитывают это в своих розничных ценах на электроэнергию, освобождая потребителей, которые покупают возобновляемые источники энергии, от определенных сборов.

Электроэнергия и окружающая среда
Традиционное производство электроэнергии является причиной выбросов множества химических веществ, оказывающих широкомасштабное воздействие на окружающую среду. Те же соединения, которые вредны для здоровья человека, имеют аналогичные последствия для окружающей среды. Производство электроэнергии из ископаемого топлива составляет:

• 38% углекислого газа в стране ² (CO2), парниковый газ и основной фактор изменения климата.Двуокись углерода выбрасывается в атмосферу при сжигании ископаемого топлива. Изменение климата представляет собой серьезную экологическую угрозу, которая может способствовать затоплению прибрежных районов, более частым и экстремальным волнам жары, более интенсивным засухам, увеличению числа сильных штормов и увеличению распространения инфекционных заболеваний.
• 66% двуокиси серы (SO2) в стране при смешивании с дождевой водой образует кислотные дожди. Кислотный дождь повреждает листву лесов, сельскохозяйственных культур и других растений и в конечном итоге может убить растения.Он также подкисляет реки и озера, делая их биологически «мертвыми». Подкисление также изменяет химический состав почвы, выделяя вредные металлы в дождевые и грунтовые воды. Двуокись серы также ускоряет разложение камня и краски, повреждая многие здания и
  памятников.
• 40% ртути в стране ³ способствует загрязнению почвы и водных путей. Ртуть может циркулировать в воздухе до одного года и может переноситься за тысячи миль от своего источника.Ртуть накапливается в жировой ткани рыбы и постоянно перерабатывается в окружающей среде по мере продвижения по пищевой цепочке. Ртуть вызывает необратимое повреждение печени и центральной нервной системы и может вызвать врожденные дефекты.
• 25% оксидов азота (NOx), которые вступают в реакцию с солнечным светом с образованием озона и смога на уровне земли. Осаждение оксида азота вызывает цветение водорослей в озерах и ручьях. Это истощает воду кислородом, убивая рыбу и другие живые организмы. Также было показано, что диоксид азота вызывает заболевание легких у животных.
• Твердые частицы являются основной причиной снижения видимости (дымки) в США. Угольные электростанции являются единственным крупнейшим источником выбросов твердых частиц — частиц сажи из золы (тяжелых металлов, радиоактивных изотопов, углеводородов, сульфатов и нитратов). ), которые могут переносить и откладывать следы металлов, таких как ртуть, за сотни миль от их источника. Пятна сажи и повреждения камня и других материалов, повреждая многие наши здания и памятники. После путешествия на большие расстояния частицы оседают на земле или воде, вызывая следующие эффекты:
  • закисление озер и ручьев
  • изменение баланса питательных веществ в прибрежных водах и бассейнах крупных рек
  • истощение питательных веществ в почве
  • повреждение уязвимых лесов и сельскохозяйственных культур
  • , влияющие на разнообразие экосистем

Дополнительная информация об электроэнергии и окружающей среде

_____________________________

¹ Союз неравнодушных ученых (http: // www.

No related posts.