Возобновляемые источники энергии

Какие бы меры ни принимало человечество для более эффективного использования нефти, газа, угля, тем не менее эти природные ресурсы когда-нибудь да иссякнут. Поэтому ученые и предлагают новые источники энергии – возобновляемые, или кратко ВИЭ. Энергию из таких источников, по человеческим меркам, можно считать неисчерпаемой. К ним относятся солнце, ветер, дождь, приливы и горячие источники, а также внутренняя температура планеты. А поскольку именно «энергия стихий» может спасти человечество от возможного энергетического кризиса, возобновляемым источникам все больше внимания уделяют не только ученые и конструкторы, но и практики. Об этом говорит хотя бы тот факт, что энергия ветра, воды, солнца играет все большую роль в современном мире. Так, в 2006 году примерно 18 % мирового потребления энергии было получено из ВИЭ, причем 13 % – из растительных объектов, в частности за счет сжигания древесины.

Энергия ветра, воды, солнца играет все большую роль в современном мире

Однако в 2010 году из возобновляемых источников энергии было получено 16,7 % ее мирового потребления. Легко заметить, что количество возобновляемой энергии сократилось. А произошло это за счет снижения доли энергии, получаемой из биомассы, которая в 2010 году уменьшилась до 8,5 %.

Как показывают экспертные исследования, очень быстрыми темпами растет в мире использование энергии ветра: примерно на 30 % в год. В качестве преобразователей кинетической энергии воздушных масс в электрическую, тепловую или какую-либо другую форму используются ветряные мельницы, ветрогенераторы и другие аналогичные технические устройства.

По данным на 2012 год, общая мощность всех установленных на планете ветрогенераторов составила около 255 ГВт. Особенно быстрыми темпами развивается ветроэнергетика в Дании, где с помощью ветрогенераторов в 2011 году было произведено 28 % всего электричества. Активно используется этот вид энергетических ресурсов также в Португалии – 19 %, в Испании – 16 %, в Ирландии – 14 %, в Германии – 8 %. Что же касается регионов, то в 2010 году в Европе размещалось 44 % ветряных электростанций, в Азии – 31 % и в Северной Америке – 22 %.

Важное место среди природных ресурсов, из которых уже давно добывается энергия, является вода. О гидроэлектростанциях, с помощью которых вырабатывается электрический ток, знает почти каждый. Но, оказывается, ученые и конструкторы пытаются извлечь энергию из морских и океанических приливов и отливов. Такие электростанции, называемые приливными (ПЭС), сооружают на берегах морей, где под действием сил луны и солнца дважды в сутки изменяется уровень воды.

Чтобы получить энергию, залив или устье реки перегораживается плотиной, в которую вмонтированы специальные агрегаты, способные функционировать как в режиме генератора, так и в режиме насоса. В последнем случае вода перекачивается в водохранилище, чтобы затем использоваться в отсутствие приливов и отливов.

Однако такие электростанции пока широкого распространения не получили, поскольку их строительство стоит очень дорого, к тому же из-за изменяющейся в течение суток мощности ПЭС может работать лишь в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

Одним из видов альтернативной энергии является энергия волн, измеряемая в киловаттах на погонный метр. А поскольку средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м, то при высоте волн в 2 метра мощность достигает 80 кВт/м. Это значит, что поверхность морей и океанов в будущем может стать неисчерпаемым источником энергии.

Однако при всех своих плюсах получение электроэнергии с помощью волн не является распространенной практикой. Хотя страны, имеющие протяженную береговую линию с постоянными сильными ветрами, могли бы более активно внедрять электростанции подобного типа. Расчеты показали, что, например, Великобритания и Ирландия могут получать до 5 % электроэнергии только за счет энергии волн.

Еще одним из направлений нетрадиционной энергетики, которое в последние десятилетия очень активно разрабатывается учеными, является энергия солнца. Многочисленные исследования в этом направлении показали, что существует несколько способов получения электричества и тепла из солнечного излучения. Например, электроэнергию можно получить с помощью фотоэлементов – особых устройств, преобразующих энергию фотонов в электрический ток.

Кроме того, солнечную энергию с помощью тепловых машин можно преобразовать в водяной пар, углекислый газ и т. д., а также в воздушные потоки, направленные на турбогенератор. Безусловно, этот способ получения альтернативной энергии имеет массу достоинств. Так, он практически неисчерпаем и общедоступен. Однако при всех своих плюсах гелиоэнергетика имеет и ряд недостатков. Например, получить энергию можно только в солнечную погоду и днем, а значит, преобразованную солнечную энергию необходимо аккумулировать в специальных устройствах. К тому же отражающие поверхности требуется периодически очищать от пыли, да и стоимость самих конструкций пока еще довольно высокая.

И тем не менее, несмотря на эти недостатки, солнечная энергетика все шире и шире внедряется в практику. Так, в 2010 году в Испании из солнечного излучения было получено 2,7 % электроэнергии, в Германии – 2 %, в Италии – около 3 %. Эксперты считают, что если солнечная энергетика будет развиваться нынешними темпами, то к 2050 году она сможет обеспечить человечество 20–25 % электроэнергии.

В настоящее время во многих странах, особенно не входящих в ОПЕК, наращивается производство биотоплива. Связано это с необходимостью повышения энергетической безопасности, а также стремлением уменьшить зависимость от нефти и газа. Кроме того, рост потребления биотоплива может помочь диверсифицировать деятельность в сельском и лесном хозяйстве, улучшить качество пищевых продуктов, а также стать стимулом экономического развития. Рост объемов производства биотоплива приведет к созданию в развивающихся странах новых рабочих мест, снизит их зависимость от импорта нефти. К тому же при росте объемов производства биотоплива будут вовлекаться в оборот неиспользуемые земли. Например, в Мозамбике полями занято всего 4,3 миллиона га из 63 миллионов га земель, пригодных для выращивания сельхозкультур.

Однако, несмотря на широко разрекламированные программы по производству биотоплива, результаты ряда независимых исследований показали, что эта деятельность, наряду с определенными достоинствами, имеет и ряд существенных недостатков. Так, по расчетам американских ученых, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году может достичь 1,2 миллиарда человек. И это вполне реальный сценарий. Ведь для производства 100 литров этанола, то есть для одной заправки автомобиля, требуется около 450 фунтов кукурузы. Это потребности в этой культуре одного человека третьего мира в течение почти года.

А, например, в Индонезии и Малайзии для создания плантаций пальм, из плодов которых производится биотопливо, была уничтожена значительная часть тропических лесов. То же самое произошло на Борнео и Суматре. Опять же причиной стала гонка за производством биологического дизельного топлива.

В результате появления этих проблем многие страны ослабили внимание к выполнению своих решений по увеличению объемов производства биотоплива. Например, в Германии решено снизить квоты по его производству.

В то же время в США производство биотоплива постоянно растет и к 2022 году предполагается довести его объем до 136 миллионов тонн. А в странах Европейского союза к 2020 году объем производства биотоплива должен составить 10 % от общего объема потребления жидкого топлива.