Возобновляемые источники энергии. Водородная и электрохимическая энергетика
Программа посвящена новым энергетическим технологиям, пригодным для использования в широком диапазоне температур: от -60 до +60 градусов Цельсия. Главные тематики программы:
- Возобновляемые источники энергии
- ветровая энергетика
- солнечная энергетика
- Водородная и электрохимическая энергетика
- топливные элементы
- литий-ионные аккумуляторы
- производство водорода
- хранение водорода
Программа создана и реализуется Физтех-школой электроники, фотоники и молекулярной физики совместно с Научно-техническим Центром автономной энергетики Института арктических технологий МФТИ.
Основным направлением применения полученных знаний для выпускников программы является проведение исследований и разработок в сфере автономной энергетики, которые могут быть использованы для энергоснабжения удаленных и труднодоступных территорий и объектов, изолированных населенных пунктов, в том числе находящихся в Арктической зоне Российской Федерации.
В рамках программы студенты будут изучать такие курсы как:
- Альтернативные источники энергии: понятие альтернативных источников энергии, их типы, место среди традиционных и невозобновляемых источников энергии, экономические перспективы и распределенные системы.
- Основы электроэнергетических систем:
- Динамика, устойчивость и регулирование электрических сетей: принципы регулирования в современных электрических сетях, методы оценки устойчивости, методы синтеза систем регулирования.
- Электрохимические источники энергии: принципы работы, история развития, техническое устройство известных и разрабатываемых электрохимических источников энергии.
- Физико-химические основы энергетических установок на твердооксидных топливных элементах: функционирование твердооксидных топливных элементов, литий-ионных аккумуляторов, а также энергетических установок на их основе и систем автономной энергетики.
- Керамические функциональные материалы с ионной и электронной проводимостью для высокотемпературных электрохимических устройств: особенности кристаллической структуры твердых электролитов, экспериментальные подходы к исследованиям ионной проводимости в твердых телах, а также принципы работы различных электрохимических устройств на основе твердых электролитов.
- Солнечная энергетика: физико-химические основы фотовольтаики; как неорганические, так и органические системы преобразования солнечной энергии. Традиционные вопросы фотовольтаики, исторически базирующейся на классических кремниевых преобразователях, и проблемы новых систем второго и третьего поколений.
- Ветровая энергетика: современная ветроэнергетика и перспективы ее развития в мире и Российской Федерации.
- Методы конструирования и тестирования химических источников тока: теоретические и экспериментальные аспекты устройства современных химических источников тока: литий-ионных аккумуляторов, топливных элементов с протонобменной мембраной и суперкондесаторов.
- Основы конструирования проточных редокс батарей: область новых энергетических технологий: конструирование электрохимических источников тока, функционирующих по принципу проточных редокс-батарей (ПРБ).
Эти и другие курсы программы позволят выпускникам найти свое место в области разработки новых решений по проектированию и развитию автономных энергетических систем, базирующихся на передовых технологиях. Главным партнером-работодателем программы является Научно-технический Центр автономной энергетики Института арктических технологий МФТИ в составе:
Выпускники программы также востребованы во многих инжиниринговых компаниях, государственных корпорациях, академических и образовательных организациях, занимающихся вопросами создания высокоэффективных генераторов и накопителей энергии, а также вопросами их интеграции в энергетические комплексы:
- Сколтех,
- ИФТТ РАН,
- ИПХФ РАН,
- ОИВТ РАН,
- ГК «Россети»,
- ГК «Росатом»,
- ПАО «Русгидро»,
- АО «Группа компаний «Инэнерджи»,
- АО «СКТБЭ»,
- ПАО «Московская объединенная электросетевая компания»,
- ПАО «Объединенная энергетическая компания»,
- АО «АМП Комплект», ООО «ФМ-ЛАБ»,
- АО «Росэлектроника» (ГК Ростех),
- ООО «Лиотех Инновации»,
- АО «АВЭКС» (Концерн «Динамика»),
- НПО «АЛЬТЭН» (ГК «Роскосмос», Корпорация МИТ).
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАДИЦИОННЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСЛАМСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИРАН | Мехдизадех
2. Ecology and Energetics at the Ten Topics. Moscow. ANO “NERA”, 2008. 68 p.
3. Clean Energy Project Analysis: RETScreen® Engineering & Cases Textbook / Wind Energy Project Analysis Chapter – Minister of Natural Resources. Canada. Режим доступа: https://cop23.unfccc.int/esource/cd_roms/na1/mitigation/Module_5/Module_5_1/b_tools/ RET Screen/Manuals/Wind.pdf (Дата доступа: 24.01.2012).
4. Clean Energy Project Analysis: RETScreen® Engineering & Cases Textbook / Small Hydro Project Analysis Chapter – Minister of Natural Resources. Canada. Режим доступа: http://reca-corp.com/files/57897531.pdf (Дата доступа: 24.01.2012).
5. Clean Energy Project Analysis: RETScreen® Engineering & Cases Textbook / Equipment for Combined Heat and Power – Minister of Natural Resources. Canada. Дата доступа: 24.01.2012.
7. Бубнов, В. П. Энергетические ресурсы Ирана и их воздействие на окружающую среду / В. П. Бубнов. М. А. Мехдизадех // Энергетика. Известия высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2013. № 2. С. 54–57.
8. Деловой Иран. Т. V. Экономика и связи с Россией в 2003–2005 гг. М.: Агентство Бизнес- Пресс, 2005. 27 с.
10. Лаптёнок, С. А. Перспективы использования альтернативных источников получения электрической энергии в Исламской Республике Иран / С. А. Лаптёнок, М. А. Мехдизадех // Энергетика. Известия высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2014. № 2. С. 51–66.
11. Бубнов, В. П. Нетрадиционная энергетика как элемент энергосбережения / В. П. Бубнов, М. А. Мехдизадех // Сахаровские чтения 2012 г.: экологические проблемы XXI в.: материалы 12-й Междунар. науч. конф., Минск. Республика Беларусь / под ред. С. П. Кундаса [и др.]. Минск: МГЭУ имени А. А. Сахарова, 2012. 486 с.
12. Бубнов, В. П. Решение задач экологического менеджмента с использованием методологии системного анализа / В. П. Бубнов, С. В. Дорожко, С. А. Лаптёнок. Минск: БНТУ, 2009. 266 с.
13. Бубнов, В. П. Модель расчета показателей энергии ветра / В. П. Бубнов, М. А. Мехдизадех // Наука – образованию, производству, экономике: материалы 11 Междунар. науч.-техн. конф.: в 4 т. Минск: БНТУ, 2013. Т. 4. С. 497.
14. NATO Challenges of Modern Society. Vol. 22. Air Pollution Modeling and its Application XII. Edited by S.-E. Gryning and N. Chaumerliac. Plenum Press. New York, 1998. 770 p.
Энергетика
Создание производственных решений для энергетической отрасли – сегодня и завтра
Надежное производство экологически чистой и доступной энергии — это то, что позволит удовлетворить мировую потребность в энергии. В основе производственных процессов лежит продукция Renishaw. Она применяется в производстве ключевых компонентов для выработки как традиционной, так и возобновляемой энергии.
Традиционные источники энергии необходимо использовать безопасным и эффективным образом с применением специализированных систем и оборудования, изготовленного в соответствии с жесткими требованиями. Компоненты должны отличаться прочностью, надежностью и способностью работать в течение длительных периодов времени даже в тяжелых условиях.
Глобальные инициативы по борьбе с изменением климата вызвали рост инвестиций в производство возобновляемой энергии и, как следствие, стремительный рост альтернативной энергетики. Компания Renishaw способствует развитию возобновляемых источников энергии за счет сокращения времени производственных циклов и ускорения вывода новых компонентов и технологий на рынок.
Ветровые турбины могут иметь самые разные размеры и применяются во множестве областей. Для нормальной работы и эффективного производства энергии детали таких турбин должны иметь жесткие допуски на механическую обработку. Такие узлы, как подшипники, которые имеют важнейшее значение для вращения турбины и ее лопаток, очень сложно изготавливать правильно без всеобъемлющей системы технологического контроля, так как они отличаются сложной геометрией и могут иметь большие размеры. Поддержание точности производства и жесткий контроль, которые возможны благодаря линейке инновационных решений Renishaw, помогают раскрыть полный потенциал таких турбин.
Среди владельцев домов и производителей электроэнергии набирают популярность солнечные панели из фотоэлектрических ячеек. Эти сложные системы изготавливают по многоступенчатой технологии с использованием датчиков положения для контроля перемещения органов станка. Также применяют автоматизированные системы, такие как роботизированная рука, для точного позиционирования компонентов в фотоэлектрических ячейках. Затем можно проверять эти панели на предмет поверхностных дефектов с помощью систем рамановской спектроскопии Renishaw.
Альтернативные источники энергии: виды и использование
В течение всего периода развития цивилизации происходила борьба за обретение новых, более эффективных форм энергии. За тысячи лет был пройден путь от овладения огня до применения управляемой ядерной реакции в атомных электростанциях. Поэтому в истории человечества принято выделять несколько энергетических революций, которые заключались в переходе от одного доминирующего первичного источника энергии к другому. Результаты этих изменений затрагивали не только сферу энергетики и экономики, но и меняли социальный и культурный облик цивилизации.
В настоящее время Мировая энергетика находится на перепутье. С увеличением народонаселения Земли экономика требует все больше энергии, а запасы ископаемого топлива, на котором основана традиционная энергетика, не безграничны. Рост стоимости ископаемого топлива усугубляется и тем, что достигшее колоссальных размеров использование углеводородов наносит ощутимый вред окружающей среде, что отражается на качестве жизни населения. А это означает, что в будущем потребности в энергии, а значит и в новых способах её получения, будут только увеличиваться. На смену эре углеводородов (нефти и газа), придет эра использования альтернативной, чистой энергии.
Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:
Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.
Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы.
Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, а на традиционную — постоянно растут.
Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, – всё это увеличивает социальную напряженность.
Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Именно с нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) связывают будущее энергетики. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, большинство из них уже используется более или менее широко. В настоящее время общий вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик, около 20 % конечного потребления энергии. При этом на долю биотоплива и гидроэнергии, используемых традиционными способами, приходится основная часть – около 17 %, на долю нетрадиционных ВИЭ всего около 3 %.
Наиболее известны и частично применяются следующие виды энергии:
— энергия Солнца;
— энергия ветра;
— биоэнергетика;
— энергия приливов и волн;
— тепловая энергия Земли.
— энергия атмосферного электричества и грозовая энергетика.
Из всех существующих видов альтернативной энергетики самыми востребованными являются солнечная, ветро- и гидроэнергетика.
Энергия солнца
Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества.
Существуют разные способы преобразования солнечного излучения в тепловую и электроэнергию и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи.
Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах мира. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.
К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.
Недостатками в использовании солнечной энергии являются дороговизна оборудования, зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.
Энергия ветра
Одним из перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.
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.
Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.
К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума (вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей), мешают перелетам птиц и насекомых, а также создают помехи в прохождении радиоволн и работе военных.
Биоэнергетика
Биоэнергетика позволяет из биотоплива разного вида получать энергию и тепло. Биоэнергетика сейчас находится в стадии активного развития. Крупные промышленные и сельскохозяйственные предприятия активно переходят на биотопливо, что дает им получать электроэнергию и тепло из органического мусора.
К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).
Основными преимуществами является утилизация органического мусора, снижение уровня загрязнения окружающей среды. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время. Биотопливо снижает выбросы парниковых газов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.
Биотопливо довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.
К недостаткам применения биотоплива относятся:
— ограничения региональной пригодности (в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом).
— водопользование – чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом.
— продовольственная безопасность (слишком активное выращивание биотоплива может привести к голоду). Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания.
— разрушение среды обитания животных и риск изменения окружающей среды, вследствие применения удобрений и пестицидов при выращивании биотопливных культур (чаще всего это монокультуры для удобства выращивания).
Энергия приливов и волн
Мировой океан аккумулирует энергию в разных видах: энергию биомассы, энергию приливов и отливов, энергию океанических течений, тепловую энергию и др. Проблема заключается в том, чтобы найти экономически и экологически приемлемые способы ее использования. По прогнозным оценкам доступная часть энергии Мирового океана во много раз превышает уровень потребления всех энергетических ресурсов в мире.
По оценкам Ocean Energy Systems, к 2050 г. с помощью подобных технологий можно будет вырабатывать 300 ГВт – это столько же, сколько бы производили 250 ядерных реакторов. А UK Carbon Trust прогнозирует, что к тому времени уже возникнет всемирный рынок приливной энергии стоимостью 126 млрд фунтов стерлингов.
В Японии протестировали устройство, которое генерирует электроэнергию из океанических течений. Испытание установки было проведено на юго-западе префектуры Кагошима. Течения у Кагошимы постоянны по силе и направлению. Турбина экспериментального генератора была установлена на уровне 20-50 м под поверхностью воды. Генератор развил мощность производства электроэнергии всего 30 кВт. Конечно, это немного, но главное – изобретение работает. Ученые полагают, что такой метод генерации электричества может быть более стабильным, чем солнечная энергетика. Организация по разработке новых энергетических и промышленных технологий NEDO надеется внедрить эту технологию в промышленное использование к 2020 г.
В США извлекают энергию из волн.
Исследователи Технологического института Джорджии разработали устройство, преобразующее в электричество энергию волн океана очень широкого диапазона частот. Энергия волн океана — самая слаборазвитая отрасль чистой энергетики. Хотя океан потенциально способен обеспечить энергией весь мир, пока что не существует экономически выгодного способа ее извлечения. Основная проблема в том, что океанские волны непостоянны и колеблются с низкой частотой, тогда как большинство генерирующих устройств лучше всего работают с постоянной амплитудой и высокой частотой.
В прошлом году в проливе Пентленд-Ферт на северном побережье Шотландии началась первая фаза строительства крупнейшей в мире приливной электростанции MeyGen, итоговая мощность которой может достичь 398 МВт. Станция способна обеспечить электричеством 175 тыс. домохозяйств. Возобновляемая энергия приливов стала одним из важнейших направлений новой энергетики, развиваемой в Шотландии. Шотландские приливы, одни из самых мощных в Европе, помогут развить эту многообещающую технологию и сократить выбросы углекислого газа. Шотландия планирует полностью (на 100%) перейти на возобновляемую электроэнергию уже в 2030 г. Достигнутый в 2016 г. уровень составил около 60%.
Аналогичные технологии применяются уже и в Северной Америке – на побережье Новой Шотландии. Эта провинция на северо-востоке Канады действительно напоминает Шотландию — и не в последнюю очередь благодаря высоким приливам.
В ноябре прошлого года там, в заливе Фанди начал работу первый в Северной Америке приливной электрогенератор. Он занимает пять этажей и весит тысячу тонн, его мощность – 2 МВт, что достаточно для питания 500 домов.
В области разработки новейших решений для использования энергии приливов лидирует Великобритания. Этому способствует идеальная схема приливов и благоприятная регулятивная среда. Канада, Китай и Южная Корея также демонстрируют устойчивый прогресс. США также являются одним из основных центров инноваций в данной сфере.
Основные плюсы – высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.
К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, из-за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии.
Тепловая энергия Земли
Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.
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. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.
К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.
К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.
Атмосферное электричество и грозовая энергетика
Атмосферное электричество может стать еще одним существенным источником экологически чистой энергии. В нижних слоях атмосферы Земли идут интенсивные процессы испарения, переноса тепла и влаги, образования облаков, сопровождающиеся явлениями электризации. В результате, у поверхности Земли напряженность электростатического поля достигает 100…150 В/м летом и до 300 В/м зимой, значительно изменяясь от погодных условий. В атмосфере постоянно висит положительный объемный заряд величиной около 0,57 млн. кулонов. Энергетический ресурс заряженной атмосферы оценивается величиной около 107 ГВт, что не менее чем в 250 раз превышает потребности человеческой цивилизации в энергии.
Вопросы формирования электрической энергии в атмосфере и использования электричества, сформированного естественным путем, тревожили умы многих ученых на протяжении столетий. Все началось со знаменитого опыта Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком, и экспериментально доказал, что грозовые явления имеют электрическую природу. В 1850–1860-х годах получили патенты на изобретения в области атмосферного электричества Лумис и Уард в США, во Франции. Среди тех, кто мечтал завоевать и использовать атмосферное электричество в качестве практически неиссякаемого источника энергии был и знаменитый изобретатель Никола Тесла, предложивший способ преобразования высокого постоянного напряжения атмосферы в низкое переменное. В Финляндии Герман Плаусон провел эксперименты с аэростатами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытого очень острыми, изготовленными электролитическим способом иглами. На свои устройства он в 1920-х годах получил патенты США, Великобритании и Германии.
К сожалению все предложенные грандиозные устройства так и не получили широкого практического применения ввиду их громоздкости, непрактичности, опасности, а самое главное, нестабильности снимаемой мощности, которая целиком зависит от «электрической погоды» в атмосфере. Но ни смотря, ни на что, интерес к исследованиям атмосферного электричества не угас, и в самые недавние годы достигнуты значительные успехи.
Новые исследования, проведенные учеными из университета Кампинаса в Бразилии, позволили по-новому взглянуть на задачу получения энергии из атмосферного электричества. В результате этих исследований ученые точно определили, каким именно образом происходит процесс формирования и момент высвобождения электричества из капелек влаги скопившейся в воздухе, как создаются электрические заряды в атмосфере, как они распространяются и каким образом они могут быть преобразованы в электрический ток, пригодный для использования.
В качестве преимуществ атмосферных электростанций отмечаются следующие факторы:
— атмосферная электростанция способна вырабатывать энергию постоянно и не выбрасывает в окружающую среду никаких загрязнителей;
— в случае открытия способа хранения и создания суперконденсатора атмосферного электричества, он будет постоянно подзаряжается с помощью возобновляемых источников энергии – солнца и радиоактивных элементов земной коры;
— электроразрядное оборудование атмосферных станций не бросается в глаза. Оно находятся в верхних слоях атмосферы, слишком высоко для того, чтобы их увидеть невооруженным глазом.
Недостатки:
— атмосферное электричество, как и энергию солнца или ветра, трудно запасать. Его необходимо либо использовать сразу же, на месте получения, либо преобразовывать в любую другую форму, например в водород;
— значительная разрядка земельно-ионосферного суперконденсатора может нарушить баланс глобального электрического контура. В этом случае последствия для окружающей среды будут непредсказуемы;
— высокое напряжение в системах атмосферных электростанций может быть опасным для обслуживающего персонала;
— электроразрядное оборудование необходимого размера сложно обслуживать и поддерживать на необходимой высоте. Кроме того, они могут представлять опасность для авиации.
Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое направление. Молния – это сложный электрический процесс. Для того, чтобы «поймать» и удержать энергию молнии, нужно использовать мощные и дорогостоящие конденсаторы, а также разнообразные колебательные системы. Пока еще грозовая энергетика неоконченный и не совсем сформированный проект, хотя и достаточно перспективный. Его привлекательность состоит в возможности постоянно восстанавливать ресурсы.
Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты. Специалисты NASA, работая со спутником «Миссия измерения тропических штормов», проводят исследования грозовой активности в разных уголках нашей планеты. Ими собраны данные о частоте происхождения молний и создана соответствующая карта. Были установлены определенные регионы, в которых на протяжении года возникает до 70 ударов молнии на квадратный километр площади, и где в перспективе экономически целесообразно использовать данный вид энергии.
Сейчас ученые всего мира изучают этот сложный процесс и разрабатывают планы и проекты по устранению сопутствующих проблем. Возможно, со временем человечество сможет укротить «строптивую» энергию молнии и перерабатывать ее в ближайшем будущем.
Список литературы
- Боровский, Ю.В. Современные проблемы мировой энергетики / Ю.В. Боровский, М.: Навона, 2011 г. – 232 с.
- Дегтярев, К.С. К вопросу об экономике возобновляющихся источников энергии / К.С. Дегтярев, А.М. Залиханов, А.А. Соловьев, Д.А. Соловьев // Энергия. Экономика. Техника. Экология. – 2016. – № 10. – С. 10–21.
- Довгалюк, Ю.А. О прогнозе развития конвективных облаков и связанных с ними опасных явлений с помощью модели малой размерности / Ю.А. Довгалюк, Н.Е. Веремей, А.А. Синькевич., А.К. Слепухина // Вопросы физики облаков. Сборник статей памяти С.М. Шметера. М: ГУ «НИЦ» Планета, 2008. – 167 с.
- Кузнецов, Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики / Д.А. Кузнецов // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-6.
- Огарков, А.И. Большая эффективность малой энергетики / А.И. Огарков // АПК: экономика, управление. – 2007. – № 6. – С. 2–6.
- Суслов, Н.И. Возобновляемые источники энергии в стране, где много традиционных ресурсов: еще о России / Н. И. Суслов // ЭКО. – 2014. – № 3. – С. 69–87.
Картинки взяты с сайта по ссылке.
Король Раиса Александровна
© Раиса Король, научный сотрудник лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков
e-mail: [email protected]
Bloomberg: традиционной энергетике осталось спокойно жить всего 5 лет
Ветер и Солнце — самые дешевые источники электроэнергии в большинстве стран мира, пишет BloombergNEF. По его прогнозам, ключевой перелом в энергетике произойдет через пять лет, когда эксплуатировать угольную или газовую электростанцию станет дороже, чем построить новую солнечную или ветряную ферму.
Прогнозы BloombergNEF созвучны докладу Международного энергетического агентства (опубликован в начале октября — прим. ProFinance.ru), в котором говорится, что генерация солнечной электроэнергии становится дешевле угольной. Таким образом, «зеленая» индустрия отнимает у угля звание самого дешевого источника энергии.
Однако главный экономист BloombergNEF Себ Хенбест отмечает, что есть экономический предел распространения солнечной и ветряной энергетики. По его словам, в какой-то момент каждая страна достигнет точки насыщения, после чего «зеленые» технологии больше не будут сокращать себестоимость генерации электричества по сравнению с традиционными источниками энергии.
Эксперт полагает, что в зависимости от конкретных условий возобновляемые источники энергии займут лишь 70-80% всего рынка. Даже в Европе, где существуют наиболее благоприятные условия для распространения «зеленой» энергетики и наиболее жесткие нормы в отношении использования ископаемого топлива, солнечная и ветряная энергетика вряд ли займут больше 80% рынка, прогнозирует Себ Хенбест.
«Однако и эти показатели будут достигнуты еще не скоро», — отметил эксперт, выступая вчера на конференции в Лондоне.
Переход мира на альтернативные источники энергии изменит множество сфер экономики, в частности индустрию морских грузоперевозок. По оценкам BloombergNEF, сегодня треть всех морских грузо-миль приходится на перевозку ископаемого топлива, из которого 70% приходятся на долю нефти.
«Трансформация энергетики может привести к падению спроса на морские и железнодорожные грузоперевозки, и это может означать дополнительное падение потребления ископаемого топлива и сокращение выбросов», — прогнозирует Себ Хенбест.
Альтернативные источники энергии гораздо эффективнее традиционных. В частности, электромобиль требует в три раза меньше энергии, чем обычный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Точно так же использование «зеленой» энергетики для обогрева домов повысит эффективность этого процесса в несколько раз по сравнению с газом.
А уголь — хоть и самый дешевый, но в то же время и один из самых неэффективных источников тепла, так как 65% энергии теряется в процессе его сжигания.
Таким образом, в будущем миру потребуется меньше источников энергии, чтобы генерировать такой же объем электричества, заключает BloombergNEF.
Подготовлено ProFinance.ru по материалам Bloomberg
По теме:
МЭА: Солнце может стать главным источником электроэнергии в Европе уже через 5 лет
Шесть гигантских батарей Tesla помогут британцам сохранить «зеленое» электричество
JPMorgan: борьба с изменением климата больно ударит по России и другим странам EM
Мир переходит на зеленую энергетику, но путь обещает быть трудным
Альтернативная энергия | источники, виды, использование
Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.
В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.
Что такое альтернативная энергия?
Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).
Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».
Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.
Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.
Ресурсы возобновляемой энергии
- Солнечный свет
- Водные потоки
- Ветер
- Приливы
- Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
- Геотермальная теплота (недра Земли)
Альтернативные виды энергии
1. Солнечная энергия
Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.
Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.
Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.
Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.
2. Ветроэнергетика
Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).
Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.
Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.
3. Гидроэнергия
Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.
Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.
4. Волновая энергетика
Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.
Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.
Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.
5. Энергия приливов и отливов
Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.
Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.
6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)
Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.
Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.
7. Энергия жидкостной диффузии
Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.
Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.
8. Геотермальная энергия
Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).
Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.
Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.
Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.
9. Биотопливо
Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.
- Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
- Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
- Третье поколение – биотопливо из водорослей.
Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.
Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.
Плюсы и минусы альтернативной энергии
Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.
Преимущества:
- Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
- Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
- Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.
Недостатки и проблемы:
- Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
- Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
- Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
- Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.
Возобновляемая энергия в мире
Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.
Германия
40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.
Исландия
У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.
Швеция
После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.
Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.
Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.
Китай
В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.
Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.
Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.
Альтернативная энергия в России
Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.
Виды возобновляемой энергии в России
Солнечная энергия
Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.
Ветровая энергетика
Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».
Гидроэнергетика
Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».
Геотермальная энергетика
За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.
Биотопливо
Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.
Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.
Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии
Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.
First Solar Inc.
Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.
Vestas Wind Systems A/S
Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.
Atlantica Yield PLC
Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.
ABB Ltd. Asea Brown Boveri
Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.
Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?
Плюсы и минусы альтернативных источников энергии :: Государственный Университет Телекоммуникаций
Если Вы желаете обучаться по специализации «Энергоефективные технологии» в Государственном университете теллекоммуникаций и не знаете перспектив в этом направлении, то наши преподаватели готовы Вас научить новейшим технологиям в возобновляемых источних енергетики, а именно — гелиоэнергетика.
Особенности альтернативных источников
Практически все люди привыкли использовать традиционные источники энергии, в том числе газ, нефть запасы, которых могут быть через некоторое время полностью исчерпаны. Поэтому, чтобы избежать попаданий в неприятные критические ситуации, людям следует постепенно переходить на альтернативные источники.
Сегодня особое внимание следует уделить использованию природной энергии солнца, приливов, ветра и других явлений, которые специалисты называют возобновляемыми ресурсами. Альтернативные источники энергии обладают многими преимуществами и прежде всего неиссякаемостью, отсутствием вредных выбросов. Однако их эффективность во многом зависит от особенностей климата, которые могут затруднять использование энергии солнца, ветра и других природных явлений.
Преимущества гелиоэнергетики
Одним из основных направлений использования альтернативных источников следует считать гелиоэнергетику, которая основана на солнечной энергии. Сегодня все чаще можно встретить в загородных домах солнечные батареи и коллекторы, при помощи которых происходит обеспечение объекта бесплатным электричеством и горячим водоснабжением.
Современные производители должны учитывать многие метеорологические факторы, прежде чем создавать проекты систем, так как изменения в погодных условиях могут оказывать серьезные влияния на работу установки.
Так же, практические навыки наши студенты могут получить благодаря фирме-сотруднику ТОВ «Атомосфера», которая в свою очередь професионально занимается данным вопросом.
Объяснение возобновляемых источников энергии — типы и использование
Какие бывают виды возобновляемой энергии?
- Древесина —Древесная биомасса включает древесные гранулы; щепа из лесных хозяйств; остатки лесозаготовительных, целлюлозно-бумажных и мебельных производств; и дрова для отопления помещений и приготовления пищи. Самым крупным источником энергии на базе древесины является черного щелока, остатков производства целлюлозы, бумаги и картона.
- Биотопливо —Биотопливо включает этанол и биодизельное топливо .Большая часть топливного этанола, используемого в Соединенных Штатах, производится из кукурузы. Биодизель производится из зерновых масел и животных жиров.
- Твердые бытовые отходы и биогаз —Твердые бытовые отходы (ТБО) или мусор содержат биомассу (или биогенные) материалы, такие как бумага, картон, пищевые отходы, обрезки травы, листья, дерево, кожаные изделия и горючие небиомассы. материалы (в основном пластмассы и другие синтетические материалы из нефти). ТБО сжигаются на заводах по переработке отходов в энергию для выработки электроэнергии.Многие свалки в Соединенных Штатах собирают и сжигают биогаз для производства электроэнергии.
Древесина — наш второй по величине источник возобновляемой энергии
Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)
Ветряная электростанция
Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)
- Обычная гидроэнергетика использует воду в плотинах или в ручьях и реках для вращения турбины и выработки электроэнергии.
- Насосные накопительные системы используют и вырабатывают электроэнергию, перемещая воду между двумя резервуарами на разной высоте.
Геотермальная энергия —Геотермальная энергия — это тепло из горячих недр земли или вблизи поверхности земли. Трещины в земной коре позволяют воде, нагретой за счет геотермальной энергии, естественным образом подниматься на поверхность в горячих источниках и гейзерах. Скважины, пробуренные в земле, позволяют контролируемому выпуску пара или воды на поверхность, чтобы приводить в действие паровые турбины для выработки электроэнергии.Почти постоянная температура земли у поверхности земли используется в геотермальных тепловых насосах для отопления и охлаждения зданий.
Энергия ветра —В ветровых турбинах используются лопасти для сбора кинетической энергии ветра. Ветер обтекает лопасти, создавая подъемную силу, которая заставляет лопасти вращаться. Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор, вырабатывающий электричество.
- Солнечные тепловые системы используют солнечные коллекторы для поглощения солнечного излучения для нагрева воды или воздуха для отопления помещений и нагрева воды.
- Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие солнечные коллекторы для фокусировки солнечных лучей с целью нагрева жидкости до высокой температуры. Эта жидкость генерирует пар для питания турбины и генератора.
- Фотоэлектрические (PV) системы используют солнечные электрические элементы, которые преобразуют солнечное излучение непосредственно в электричество. Индивидуальные фотоэлементы объединены в модули (панели) различной мощности по выработке электроэнергии. Фотовольтаические системы варьируются от одиночных фотоэлементов для питания вычислителей до крупных электростанций с сотнями модулей для выработки большого количества электроэнергии.
Нажмите для увеличения
Последнее обновление: 13 мая 2021 г.
Древесина и древесные отходы — Управление энергетической информации США (EIA)
Биомасса — древесина и древесные отходы
Люди использовали древесину для приготовления пищи, отопления и освещения на протяжении тысячелетий. Древесина была основным источником энергии для Соединенных Штатов и остального мира до середины 1800-х годов.Древесина продолжает оставаться важным топливом во многих странах, особенно для приготовления пищи и отопления в развивающихся странах.
В 2020 году около 2,3% от общего годового потребления энергии в США приходилось на древесину и древесные отходы — кору, опилки, древесную щепу, древесный лом и отходы бумажных фабрик. 1
Гибридная щепа тополя выгружается в Крукстоне, Миннесота
Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, U.S. Министерство энергетики (общественное достояние)
Использование древесины и древесных отходов
На промышленность приходится большая часть потребления топлива из древесины и древесных отходов в Соединенных Штатах. Крупнейшими промышленными потребителями являются производители изделий из дерева и бумаги. Они используют отходы лесопилок и бумажных фабрик для производства пара и электричества, что экономит деньги, поскольку снижает количество других видов топлива и электроэнергии, которые они покупают для работы своих предприятий. В 2020 году древесина и древесные отходы составили около 5.5% промышленного конечного потребления энергии и 4,4% от общего промышленного потребления энергии. 2
Жилой сектор является вторым по величине потребителем древесины для производства энергии в Соединенных Штатах. Древесина используется в домах по всей территории Соединенных Штатов для отопления в качестве шнура в каминах и дровяных приборах, а также в виде пеллет в печах на гранулах. В 2020 году на энергию из древесины приходилось 4,0% конечного потребления энергии в жилищном секторе и 2,2% от общего потребления энергии в жилищном секторе.В 2015 году около 12,5 миллионов, или 11% всех домохозяйств в США, использовали древесину в качестве источника энергии, в основном для отопления помещений, а 3,5 миллиона из этих домохозяйств, в основном в сельской местности, использовали древесину в качестве основного топлива для отопления. 2
В секторе электроэнергетики есть несколько электростанций, которые сжигают в основном древесину для выработки электроэнергии, а также есть несколько электростанций, работающих на угле, которые сжигают древесную щепу с углем для сокращения выбросов диоксида серы. В основном древесина используется в коммерческом секторе для отопления.
- промышленные 1376 ТБТЕ 65%
- жилая 458 ТБТЕ 22%
- электрическая мощность185 ТБТЕ 9%
- коммерческий83 TBtu4%
1 Ежемесячный обзор энергетики , апрель 2021 г.
2 Конечное потребление энергии включает потребление первичной энергии плюс розничные продажи электроэнергии. Общее потребление энергии включает конечное потребление плюс потери энергии в электроэнергетике
3 Обследование энергопотребления в жилищном секторе за 2015 год
Последнее обновление: 11 мая 2021 г.
ОбъяснениеHydropower — У.S. Управление энергетической информации (EIA)
Гидроэнергетика — это энергия движущейся воды
Люди давно используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.
В 2020 году на гидроэлектроэнергию приходилось около 7.3% от общего объема производства электроэнергии в коммунальном масштабе 1 и 37% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе. Доля гидроэлектроэнергии в общем объеме производства электроэнергии в США со временем снизилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.
Гидроэнергетика зависит от круговорота воды
- Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к испарению воды.
- Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков — дождя и снега.
- Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где они испаряются и снова начинают цикл.
Количество осадков, которые стекают в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в структуре осадков, такие как засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.
Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)
Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)
Гидроэлектроэнергия вырабатывается с помощью движущейся воды
Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем потока воды и изменение высоты — или падения, часто называемое напором — от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.Как правило, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может производить гидроэлектростанция.
На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или напорному водопроводу , затем толкает лопасти турбины и вращает их, вращая генератор для выработки электроэнергии.
Обычные гидроэлектростанции включают:
- Русловые системы , где сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
- Системы хранения , где вода накапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.
Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором — это тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище на более высоком уровне и сбрасывается из верхнего водохранилища в гидротурбины, расположенные ниже верхнего водохранилища.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая ископаемое топливо или атомные электростанции. Они обычно перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее производство и / или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низкие, и высвобождают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, гидроаккумулирующие сооружения имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США классифицирует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих гидроэлектростанциях как отрицательную.
История гидроэнергетики
Гидроэнергетика — один из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергетику, чтобы крутить гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах стали доступны паровая энергия и электричество, зерновые и лесопильные заводы питались напрямую от гидроэлектроэнергии. Первое промышленное использование гидроэлектроэнергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 щеточно-дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция для продажи электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Аплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.
В Соединенных Штатах работает около 1450 обычных и 40 гидроаккумулирующих электростанций. Самая старая действующая гидроэлектростанция в США — это гидроэлектростанция Whiting в Уайтинге, штат Висконсин, которая была введена в эксплуатацию в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство из этих плотин гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными правительственными агентствами. Самый крупный U.Гидроэнергетический объект Южной и крупнейшая электрическая электростанция США по генерирующей мощности — это гидроэлектростанция Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 6765 МВт.
1 Электростанции коммунального назначения имеют не менее 1 мегаватта общей мощности по выработке электроэнергии. Генерирующая мощность — это чистая летняя мощность.
Последнее обновление: 8 апреля 2021 г.
Что такое возобновляемая энергия и чем она отличается от другой энергии?
Phoenix Energy: 19 февраля 2017 г.
Мы все слышали термин «возобновляемая энергия», но что он означает на самом деле? Чем это отличается от традиционной энергии?
Традиционная энергияТрадиционная энергия, также известная как «грязная энергия», — это энергия, источником которой является ископаемое топливо.Есть три основных ископаемых топлива, которые обеспечивают огромное количество электроэнергии в Соединенных Штатах: уголь, нефть и природный газ. Эти традиционные источники электроэнергии сегодня более распространены, потому что возобновляемые ресурсы на протяжении всей истории имели более высокую стоимость.
До сих пор ископаемое топливо было самым дешевым способом получения энергии для всей страны. В настоящее время ситуация меняется с развитием технологий и возобновляемыми источниками энергии.
Проблема с традиционными источниками электроэнергии заключается в том, что поставки ограничены, в какой-то момент у нас закончатся запасы угля, нефти и природного газа на земле.Никто не знает, когда это произойдет, но в долгосрочной перспективе нам нужна альтернатива. Вдобавок традиционные источники электричества нанесли планете огромный ущерб. Эти источники наносят ущерб воздуху при сжигании топлива и земле, когда источники экстраполируются с земли.При сжигании ископаемого топлива на электростанции или в автомобиле выделяется углекислый газ. Повышение уровня углекислого газа на Земле приводит к загрязнению воздуха и повышению уровня температуры на Земле, что приводит к огромному количеству проблем, таких как повышение уровня морской воды и увеличение интенсивности штормов.Когда уголь добывают из земли, они иногда используют метод, называемый удалением горных вершин. Они сбривают слои гор, чтобы иметь лучший доступ к находящимся под ними ископаемым видам топлива. Это уничтожает реки, леса и горы, оставляя землю в шрамах.
Возобновляемые источники энергииВозобновляемые источники энергии многочисленны и имеют неограниченный срок службы. Возобновляемые источники — солнечная, ветровая, геотермальная и гидроэнергия. Эта сила исходит от природных сил Земли — солнца, ветра и текущих рек.Этот вид энергии оказывает минимальное негативное воздействие на окружающую среду.
Одна проблема с некоторыми возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия, заключается в том, что нет способа хранить эту энергию. Другими словами, ночью, когда нет солнца, вы не можете получать солнечную энергию, поэтому вам не гарантирована энергия 24/7. Трудно стать полностью зависимым от солнечной энергии, если нет способа накопить достаточно энергии, если солнце отсутствует в течение значительного времени. В области накопления энергии были достигнуты большие успехи, но накопление энергии достаточно для питания. Йорк на 6 часов было бы почти невозможно на данный момент.
Прямо сейчас нам необходимо увеличить количество имеющихся у нас объектов по производству возобновляемой энергии, отключив при этом худшие традиционные источники (угольные электростанции). По мере развития технологий мы сможем полностью полагаться на возобновляемые ресурсы для получения энергии.
Возобновляемые источники энергии, безусловно, лучший выбор — они полезны для окружающей среды и безграничны! Чтобы начать выбирать возобновляемые источники энергии в своем доме или офисе уже сегодня, обратитесь по адресу [email protected] для получения дополнительной информации.
Альтернативная энергия против традиционной выработки энергии
Уран, ресурс для ядерной энергии, также добывается открытым способом или при проходке шахт, процесс выработки имеет свои относительные опасности и может привести к крупным бедствиям, таким как «Чернобыль».
Альтернативная энергия Производство энергии из возобновляемых источников, источников энергии «природы», солнца, ветра, воды и биомассы.Эти источники не требуют «майнинга» и находятся в свободном доступе.
Запасы энергии
Ископаемое топливо имеет ограниченные запасы, которых хватит на 50–120 лет в зависимости от их текущего и прогнозируемого потребления.
Возобновляемая энергия безгранична и, как следует из названия, является возобновляемой, и по крайней мере одна из ее форм доступна в любой точке мира.
Энергетические потери
60% скрытой тепловой энергии, содержащейся в ископаемом топливе, теряется во время термодинамического процесса сжигания ресурса, превращения воды в пар и вращения турбины.Это увеличивает стоимость этого вида энергии.
Возобновляемая энергия бесплатна и доступна в изобилии, и задача состоит в том, чтобы сконцентрировать энергию, достаточную для экономичного преобразования в электричество.
Использование воды при производстве
В связи с ростом населения одним из самых ценных ресурсов мира является пресная вода. Традиционное производство энергии использует значительные количества в процессе добычи и охлаждения во время горения. Другие источники воды, такие как опреснение морской воды, используются для производственных предприятий, расположенных близко к морю.
Технология сухого охлаждения также используется там, где это возможно, хотя она менее эффективна, чем влажное охлаждение.
Для производства 1 МВт / ч электроэнергии угольные электростанции с сухим охлаждением, например Кусиле в Южной Африке требуется 0,66 м3 воды по сравнению с 0,296 м3 для концентрированной солнечной энергии и 0,0038 м3 для ветровой генерации.
«Стоимость возобновляемой энергии сейчас падает так быстро, что уже через несколько лет они должны стать более дешевым источником выработки электроэнергии, чем традиционные ископаемые виды топлива».- Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA).
Лишь 10% мировой энергии производится из возобновляемых ресурсов, одна из основных причин заключается в том, что технологии возобновляемой энергии требуют значительного первоначального капитала.
Существуют различные мнения относительно того, какой вариант выбрать, возобновляемый или традиционный, или их комбинация. Некоторые страны вложили огромные средства в энергию из ископаемого топлива и не хотят или не могут позволить себе значительную диверсификацию.Большинство согласны с тем, что благодаря развитию технологий возобновляемые источники энергии станут более доступным вариантом в будущем.
Мир не может позволить себе «не вкладывать средства в решения по устойчивой энергетике».
Традиционная энергия — обзор
1 Введение
Традиционные источники энергии на основе нефти, угля и природного газа оказались очень эффективными двигателями экономического прогресса, но в то же время наносят ущерб окружающей среде и здоровью человека. Кроме того, экономика, основанная на ископаемом топливе, имеет тенденцию к циклическому характеру из-за влияния олигополии на производство и распределение.Традиционные источники энергии на основе ископаемого топлива сталкиваются с растущим давлением на множестве экологических направлений, и, возможно, самой серьезной проблемой, стоящей перед будущим использованием угля, являются цели по сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) Киотского протокола. Теперь ясно, что любые усилия по поддержанию уровней CO 2 в атмосфере ниже даже 550 ppm не могут основываться на глобальной экономике, основанной на нефти и угле, без радикальных усилий по связыванию углерода.
Потенциал возобновляемых источников энергии огромен; у них есть потенциал для многократного удовлетворения мирового спроса на энергию.Возобновляемые источники энергии, такие как биомасса, ветер, солнечная энергия, гидроэнергетика и геотермальная энергия, могут обеспечивать устойчивые энергетические услуги, основанные на использовании обычно доступных местных ресурсов. Все более вероятным становится переход к будущему с использованием возобновляемых источников энергии. Стоимость систем солнечной и ветровой энергии существенно снизилась за последние 30 лет и продолжает снижаться, в то время как цены на нефть и газ продолжают колебаться. Цены на возобновляемые источники энергии, а также социальные и экологические издержки использования ископаемого топлива движутся в противоположных направлениях.Кроме того, экономические и политические механизмы, необходимые для поддержки широкого распространения и устойчивых рынков возобновляемых источников энергии, также быстро развивались. Становится ясно, что будущий рост в энергетическом секторе в первую очередь связан с новым режимом возобновляемых (и в некоторой степени на основе природного газа) систем, а не с использованием традиционных источников нефти и угля. Финансовые рынки начинают осознавать будущий потенциал роста возобновляемых источников энергии и других новых энергетических технологий, и это, вероятно, является предвестником экономической реальности действительно конкурентоспособных систем возобновляемой энергии.
Системы возобновляемой энергии обычно основаны на маломасштабной децентрализованной парадигме, которая по своей природе способствует, а не противоречит многим вопросам распределения электроэнергии, когенерации (комбинированное производство тепла и электроэнергии), окружающей среды и капитальных затрат. В качестве альтернативы индивидуальному заказу, строительство на месте централизованных электростанций, возобновляемых систем на основе фотоэлектрических (PV) массивов, ветряных мельниц, биомассы или малых гидроэнергетических установок можно рассматривать как массовые «энергетические приборы», которые можно производить с низкими затратами и адаптированы к конкретным энергетическим нагрузкам и условиям эксплуатации.Эти системы могут значительно снизить, а также широко рассредоточенные воздействия на окружающую среду, а не более масштабные и централизованные воздействия, которые в некоторых случаях являются серьезными факторами загрязнения окружающего воздуха, кислотных дождей и глобального изменения климата.
Возобновляемые источники энергии в настоящее время обеспечивают от 15 до 20% общемирового спроса на энергию. В предложении преобладает традиционная биомасса, в основном топливная древесина, используемая для приготовления пищи и отопления, особенно в развивающихся странах Африки, Азии и Латинской Америки.Большой вклад также дает использование крупных гидроэнергетических систем, при этом почти 20% мирового электроснабжения обеспечивается этим источником. Новые возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, энергия ветра, современная биоэнергетика, геотермальная энергия и малая гидроэнергетика) в настоящее время составляют около 2%. В ряде сценарных исследований изучается потенциальный вклад возобновляемых источников энергии в мировые поставки энергии, что указывает на то, что во второй половине 21 века их вклад может варьироваться от нынешних почти 20% до более чем 50% при правильной политике в области энергоснабжения. место.
Традиционные источники энергии против зеленых источников энергии | Home Guides
Большая часть энергии в США поступает из традиционных источников энергии, таких как уголь и газ (см. Ссылки 1, стр. 5). Технологии зеленой энергии включают солнечную, ветровую и другие методы производства энергии, для производства которых не требуется сжигание топлива. В результате источники зеленой энергии производят мало или совсем не производят парниковых газов или других загрязнителей. (См. Ссылки 2)
Источники энергии
В 2007 году 48 процентов электроэнергии, произведенной в США.С. пришел с угольных электростанций, за которыми следовало почти 22 процента от природного газа. На атомную энергию приходилось 19 процентов электроснабжения страны. Источники зеленой энергии произвели лишь незначительное количество электроэнергии в 2007 году. Биомасса возглавила список с 1,3% произведенной энергии. На ветровую, солнечную и геотермальную энергию приходилось менее 1 процента производства электроэнергии. (См. Ссылки 1, стр. 5)
Выбросы и традиционные источники
Выбросы и загрязнение являются ключевыми проблемами для традиционных источников энергии.Электростанции, работающие на угле, которые доминируют в производстве энергии в США, также производят больше выбросов, чем любой другой источник энергии. Выбросы измеряются в фунтах выбросов на мегаватт-час произведенной энергии. Уголь производит 2249 фунтов диоксида углерода, 13 фунтов диоксида серы и 6 фунтов оксидов азота на каждый мегаватт-час произведенной энергии. Природный газ — второй по распространенности источник энергии в США — лучше справляется с выбросами, производя 1135 фунтов углекислого газа.1 фунт диоксида серы и 1,7 фунта оксидов азота на мегаватт-час. (См. Ссылки 3)
Выбросы и зеленые источники
Солнечные, ветровые и геотермальные источники энергии не производят выбросов. Биомасса производит оксиды азота и небольшое количество диоксида серы. Количество производимого углекислого газа не превышает нормального углеродного цикла Земли и считается незначительным. (См. Ссылки 3)
Использование воды
Наиболее распространенные формы традиционного производства энергии — уголь, природный газ и атомная энергия — все используют воду в процессе добычи и для охлаждения во время сжигания.Агентство по охране окружающей среды США заявляет, что удаление воды для традиционного использования энергии может нанести ущерб популяциям диких животных в реках и озерах. Сжигание биомассы требует подачи воды и оказывает влияние, подобное традиционным источникам энергии. Солнечные, ветровые и геотермальные системы требуют мало воды или не требуют ее вообще и часто повторно используют источники воды для минимизации воздействия. (См. Ссылки 4)
Загрязнение
Уголь, природный газ и атомная энергия — все это добавляет в воду загрязняющие вещества, которые в случае попадания в озеро или ручей могут отрицательно повлиять на качество воды и нанести вред дикой природе.Производство энергии из биомассы вызывает аналогичные проблемы. Бурение геотермальных скважин может вызвать загрязнение подземных вод, если не соблюдаются надлежащие методы управления.