Альтернативные виды энергии. Просто о сложном: что такое альтернативная энергетика? Альтернативные технологии производства электроэнергии

Которые можно использовать для получения электричества. Сюда относятся солнце, ветер, и даже энергия земли, биомасс, сточных вод и отходов. По прогнозам, с помощью биогенного горючего можно получать до 49% электроэнергии, а также 16-22% - от энергии ветра и воды.

Виды, преимущества и недостатки разных альтернативных источников энергии

У каждого типа нетрадиционной энергетики есть свои плюсы и минусы, а также особенности организации процесса для получения электричества.

Солнечная энергия

Преобразование энергии солнца происходит с помощью особых технологий. Сложность обработки солнечной энергии выступает в качестве недостатка этого источника:

• излучение имеет низкую плотность и непостоянно, поэтому существующие технологии имеют ряд ограничений;
• в некоторых странах из-за низкого уровня солнечного излучения реализовать методику нецелесообразно.

Среди преимуществ можно выделить абсолютную экологическую безопасность солнечной энергии и отсутствие вмешательства в геологию Земли.

На солнечной энергии работают космические станции и спутники. Широкое распространение получили солнечные панели в некоторых странах – ими оснащают крыши домов.

Геотермальная энергетика

Геотермальный метод получения энергии построен на принципе преобразования тепла мантии и ядра Земли (чаще всего источником служат пароводяные резервы). Преобразование природного пара – процесс трудоемкий, так как требуется строительство труб и турбин, проводящих его с глубины от 2-3 км. Однако стоимость электроэнергии на выходе получается не слишком высокой.

Недостаток метода – вероятность оседания грунта и повышения сейсмической активности, поэтому в опасных районах этот источник альтернативной энергии неприменим.

Ветровая энергетика

Для реализации метода требуется ветряная электростанция. Одно из преимуществ такого источника энергии – это дешевое оснащение. Но недостаток – сильная зависимость от погодных условий, требуется постоянный контроль состояния. А еще ветровые электростанции могут создавать помехи для радиоволн.

Важно! Обширное использование ветряных электростанций может стать причиной недостаточной вентиляции промышленных районов, что приведет к ухудшению экологической обстановки.

Также для ветряных станций требуются большие площади, поэтому реализация в густонаселенных регионах затруднена. Однако ветряные источники энергии используются в некоторых странах Европы и Америки для снабжения небольших поселений.

Волновая энергетика

В этом способе для получения электричества используется энергия волн. В отличие от альтернативных источников, описанных выше, волновая энергия отличается большей ударной мощностью. Это самый многообещающий способ получения энергии в перспективе освоения .

Важно! Все виды естественной энергии – ветер, солнце, волны – относятся к возобновляемым источникам.

Самый яркий пример традиционного использования волновой энергии – гидроэлектростанции, но он не единственный. Целесообразно строительство волновых станций в районах с мощными приливами (колебание больше 4 м).

Среди недостатков можно выделить небольшую мощность, строительство только возле побережья, а также цикличность работы – всего 2 раза в сутки. Экологическая безопасность такого способа получения энергии под вопросом, ведь станции нарушают баланс соленой и пресной воды, что несет угрозу .

Новейшая технология получения энергии волновым путем – аэро ГЭС. Они работают по принципу конденсации влаги из , однако до внедрения этой технологии в жизнь еще далеко.

Градиент-температурная энергетика

В основе этого метода лежит баланс температур. Для строительства станций требуется морское побережье. Поглощая до 70% солнечной энергии, мировой океан становится отличным источником температурных ресурсов. Однако нагрев и выделение углекислой кислоты при обработке морской воды нарушают экологическую обстановку. Среди преимуществ можно выделить только то, что ресурс крайне обширен.

Биомассовая энергетика

Под этим понятием скрывается процесс гниения биологических отходов и ресурсов – в результате выделяется биологический газ с большим содержанием метана. Его можно использовать для обогрева помещений и выработки электричества.

Больше всего такой источник энергии используется в сельскохозяйственных предприятиях. Это безотходное производство, так как гниющие продукты потом используются для удобрения. Кроме растений и навоза, можно использовать быстрорастущие водоросли.

Главный недостаток теплового источника – КПД не превышает 6% и для обеспечения нужд мегаполиса энергией такой метод не подойдет.

Энергия молнии

Один из самых новых альтернативных методов получения электричества – сбор энергии молний, попадающих в землю. Пока что проект находится на стадии разработки – установки для улавливания молнии еще не готовы.

Это дорогостоящий, но окупающийся метод, ведь 1 молния способна обеспечить целый район крупного города энергией на некоторое время. Но уже сейчас можно выделить главный недостаток – зависимость от частоты гроз.

Роль и значение альтернативной энергетики

Поиск альтернативных источников энергии – одна из самых актуальных задач, так как человечество чудовищными темпами поглощает газ, нефть и другие виды топлива, чтобы производить энергию. Научная «мечта» - получение альтернативы электричеству, но она пока что недостижима. Кризис топливных ресурсов неизбежен, и нетрадиционные источники энергии должны помочь предотвратить его.

Альтернативные источники энергии в России

В России в разных регионах интегрируется практическое использования следующих альтернативных источников энергии:

• Солнечная энергия. Самая большая трудность – это законодательное и финансовое обеспечение станций, собирающих солнечную энергию. Наибольший потенциал такого способа получения энергии сосредоточен в южных регионах, а также на севере – в Якутии и Магаданской области.
• Гидроэнергетика. ГЭС после АЭС занимают 2 место по способам производства электроэнергии, и перспективы у этого метода достаточно большие.
• Геотермальная энергетика. Геотермальные ресурсы России в 10 раз богаче, чем залежи нереализованного угля. Самый перспективный край – Камчатка, где на глубине чуть больше 3 км заложен пар температурой 200 градусов. Большим потенциалом также обладает Кавказ и Краснодарский край.
• Биогаз. Активно развивающаяся отрасль энергетики, востребованная в России. Есть даже предприятия, которые начали производство установок.
• Приливная энергетика. Наиболее перспективны города, расположенные на побережье.
• Ветроэнергетика. На территории России ветрогенные установки используются со времен СССР: на территории Калининграда, в заполярье, Башкортостане и Чувашии. Потенциал у этого метода в РФ обширен, поэтому ветроэнергетика активно развивается.

Альтернативные источники энергии – один из вопросов сохранения окружающей среды и ресурсов планеты, который изучается тысячами специалистов. Каждый день ищутся новые решения и разрабатываются методы для получения энергии из ветра, солнца, воды. Но сфера изучена недостаточно и многие задачи только предстоит решить.

Отправим материал вам на e-mail

В современном быстро развивающемся мире борьба за энергетические ресурсы между развитыми странами является приоритетом внешней политики многих государств, потому быть энергетически независимым − это значит, быть свободным в экономическом и политическом плане. Кроме этого, едва ли не на первом месте у технически развитых стран, стоит вопрос об экологической безопасности нашей планеты, о чём свидетельствует Парижское соглашение о климате от 2015 года и ещё целый ряд международных документов. В контексте этих решений, а также в связи с уменьшением запасов традиционных источников энергии (газ, нефть, уголь и прочие) многие государства начинают всё более активно развивать альтернативные, возобновляемые источники энергии. Что такое альтернативные источники энергии, их виды и способы использования, можно ли сделать своими руками – это тема сегодняшнего обзора.

Альтернативные источники энергии безопасны для экологии нашей планеты

Если сформулировать кратко, то альтернативными источниками энергии являются возобновляемые, экологические ресурсы, при преобразовании которых получается электрическая и тепловая энергия, используемая человеком для собственных нужд. Нетрадиционные источники получения электроэнергии − солнце и вода, ветер и геотермальные воды, тепла – земля и солнце.

Виды альтернативных источников энергии

Развитие зелёной энергетики обусловлено развитием технологий, позволивших с большей эффективностью использовать возобновляемые источники энергии, о которых следует поговорить отдельно.

Солнечная энергия

Солнце – это неисчерпаемый источник энергии, который может обеспечить теплом и электричеством всех жителей нашей планеты, однако, для преобразования этой энергии необходимо наличие специальных технических устройств.

• Электрическая энергия.

Для получения электричества необходима электростанция, основным элементом которой является солнечная батарея (панель). Принцип работы такого устройства (панели) основан на преобразовании солнечного излучения в электрическую энергию, которое происходит при попадании света на фотоэлементы, из которых она и состоит. Электрический ток образуется за счёт создания разности потенциалов внутри фотоэлемента и обусловлен физическими процессами, связанными с «p-n» проводимостью кремний содержащих материалов. Принцип работы солнечной батареи приведён на следующем рисунке.

Для работы подобной электростанции, кроме , потребуется ещё ряд технических устройств:

• контроллер – обеспечивает работу электростанции в автоматическом режиме, обеспечивая заряд аккумуляторных батарей;
• аккумуляторная батарея – является накопителем энергии, выработанной солнечной панелью;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, используемое для подключения бытовых приборов;
• соединительные провода , а также приборы защиты и автоматики.

• Тепловая энергия.

Для получения тепловой энергии, которую можно использовать для отопления и горячего водоснабжения, необходимо наличие технических устройств, называемых солнечными коллекторами.

Подобные агрегаты бывают двух типов: плоские и вакуумные. Различаются по конструкции, но по принципу работы схожи между собой. Функция подобных устройств заключается в поглощении энергии солнца и преобразовании её в тепловую энергию, которая, в свою очередь, передаётся теплоносителю в контуре отопления или воде, идущей для горячего водоснабжения потребителей. Для работы данной системы потребуется также циркуляционный насос и бак-накопитель (бойлер), запорная и регулировочная арматура, а также системы автоматики и контроля.

Энергия ветра

Ветер также может служить источником получения электрической энергии, а так как он дует практически всегда и везде, что обусловлено «дыханием» нашей планеты, то и запасы его неисчерпаемы.

Сложности получения электрической энергии из кинетической энергии ветра заключаются в его непостоянстве, разнонаправленности и различной величине силы воздушных потоков. Для получения электричества при помощи энергии ветра необходимо наличие ветрогенератора (ветровой энергетической установки).

Ветрогенраторы бывают различных типов:

• с вертикальной осью вращения – роторные, лопастные и ортогональные;
• с горизонтальной осью вращения – крыльчатые, турбинные и барабанные.

Разные модели отличаются по скорости вращения лопастей (тихоходные и скоростные) и барабанов, высоте установки и техническим характеристикам. Для работы ветровой установки в системе электроснабжения необходим комплект оборудования, аналогичный тому, что используется с солнечными батареями (контроллер, инвертор).

Статья по теме:

В публикации мы рассмотрим принцип работы и виды ветряков, особенности сборки устройства из стиральной машины и автомобильного генератора, полезные советы и рекомендации специалистов.

Энергия воды

На планете Земля вода занимает большую часть её поверхности − это моря и океаны, озёра и реки, искусственные водохранилища и прочие водоёмы.

Энергию воды человек научился использовать уже давно, и изначально это была механическая, получаемая в результате движения водной среды. Её потоки приводили во вращение жернова мельницы или иного механического устройства, а человек только регулировал скорость их вращения. В дальнейшем данный вид энергии люди стали использовать для генерации электрической энергии, как на реках с быстрым течением, так и в морях – за счёт приливов и отливов, «функционирующих» с постоянной точностью. Для выработки электрической энергии используются специальные турбины, помещаемые в водную среду, вал которых соединён с генератором, вырабатывающим электрический ток. Потоки воды, направленные на лопасти турбины, вращают её, и это движение передаётся генератору, и, как следствие, вырабатывается электрический ток.

В приливных станциях работа осуществляется аналогично, с той лишь разницей, что потоки воды движутся разнонаправленно, что вызвано цикличностью периодов «прилив−отлив».

Энергия земли

Энергия нашей планеты также используется человеком для своих нужд, с её помощью можно обогреть дом или подогреть воду, а также осуществить производство электрической энергии.

• Геотермальная энергетика.

В отдельных регионах нашей планеты внутреннее тепло просто вырывается наружу, что выражается в сейсмической активности, извержениях вулканов и наличии гейзеров. В таких местах вопросы отопления и горячего водоснабжения решаются достаточно просто и не требуют особого описания, а про генерацию электричества подобным образом знают не все.

Для получения электрической энергии сооружается геотермальная электрическая станция, в которой источником энергии служит паровая турбина, приводимая во вращение паром, получаемым или преобразуемым за счёт тепловой энергии земли.

Виды и способы преобразования пара могут быть различными, что обусловлено глубиной залегания геотермальных вод и их химическими характеристиками, а также тепловыми показателями.

• Тепловой насос.

Тепловой насос − это техническое устройство, позволяющее использовать тепло различных естественных источников для отопления и горячего водоснабжения.

Существует несколько типов таких агрегатов, различающихся по первичному источнику энергии и способу её передачи потребителю: «воздух−вода» и «воздух–воздух», «вода–вода» и «вода–воздух», а также «земля–вода».

Работа теплового насоса «вода–вода», приведённого на рисунке, осуществляется следующим образом:

• в , расположенную рядом с загородным домом, помещается наружный контур, в котором циркулирует теплоноситель;
• в здании помещается , к которому подключается наружный контур;
• при прохождении через насос теплоноситель наружного контура отдаёт своё тепло хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса, при этом хладагент испаряется;
• внутренний контур здания также подключается к тепловому насосу, и по нему тоже циркулирует теплоноситель;
• хладагент, циркулируя по тепловому насосу, попадает на испаритель, где и происходит его испарение, при этом тепловая энергия, выделяющаяся в этот момент, передаётся теплоносителю контура отопления или ГВС здания.

Статья по теме:

даёт возможность экологично, безопасно и бесплатно согреть батареи. Принцип его работы и устройство, критерии выбора, обзор производителей и моделей - читайте в публикации.

Биотопливо

Всем известным видом биотоплива являются дрова, но в силу того, что леса есть не во всех регионах, да и использовать их надо очень осторожно, то их в чистом виде не стоит рассматривать как альтернативное и легко восстанавливаемое топливо.

К альтернативным и возобновляемым видам источников энергии относятся следующие виды биотоплива:

• твёрдое – топливные брикеты и гранулы (пеллеты), изготавливаемые из опилок и отходов деревообрабатывающих производств, торф;
• жидкое – биоэтанол и биобутанол, биометанол и биодизель;
• газообразное – биогаз и биоводород.

Топливные брикеты и пеллеты изготавливаются на специальном оборудовании, а для их сжигания используются , оборудованные специальными колосниковыми решётками, обеспечивающими их горение.

Жидкое топливо получают на специальных предприятиях путём переработки исходного растительного сырья. Биогаз также производится с помощью переработки органических отходов и может быть использован для производства электрической и тепловой энергии. Для этого полученный газ сжигается, а полученное тепло расходуется на теплоснабжение и ГВС, а также на получение пара, обеспечивающего работу специальной турбины, вырабатывающей электрический ток.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Практически все выше перечисленные источники альтернативной энергии могут быть использованы для частного дома или иного сооружения, исключением может быть только производство жидкого биотоплива, что обусловлено высокой стоимостью оборудования, необходимого для его производства. Установки альтернативных источников энергии, используемые для личного потребления, могут выглядеть по-разному, ниже приведены примеры уже реализованных проектов возобновляемых энергетических установок:

• Солнечная энергетика.

Солнечные электростанции выпускаются в нашей стране и многих технически развитых странах мира. Разные модели отличаются по техническим характеристикам, срокам эксплуатации и стоимости, в связи с чем, всегда есть возможность выбрать станцию в соответствии с необходимостью и финансовыми возможностями. Вот некоторые варианты, успешно реализованные на отечественном рынке.

Отзыв о модели солнечной электростанции «Аbi-solar» мощностью 7,5кВт:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4483104.html

Солнечные коллекторы также используются в нашей стране для отопления и горячего водоснабжения домов, но это направление наиболее развито в южных регионах, где климат позволяет пользоваться подобными установками практически круглый год.

Вот некоторые варианты такого применения.

Отзыв о гелиосистеме «Атмосфера», созданной на базе коллектора «СВК-Nano-30»:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4503734.html

• Ветровые установки.

Ветрогенераторы менее распространены среди рядовых потребителей, чем солнечные электростанции, причиной тому является малая ветровая нагрузка в наиболее заселённых регионах нашей страны. Тем не менее, в сети Интернет можно найти фотографии и отзывы об успешном использовании подобных установок.

Отзыв об использовании ветровой электростанции:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_98896.html

• Тепловой насос.

С данным видом оборудования мало кто знаком, но постепенно, в связи со снижением стоимости тепловых насосов, они потихоньку завоёвывают рынок альтернативных источников энергии. Вот некоторые успешно реализованные проекты.

• Получение биогаза.

Получением биогаза можно заняться, имея загородный дом, но при этом следует помнить о соблюдении температурного режима при его производстве и неприятном запахе, образующемся при брожении биомассы. Подобные установки могут себе позволить жители южных регионов, занимающиеся сельским хозяйством, т.к. именно отходы сельскохозяйственных культур служат сырьём при производстве данного вида альтернативного топлива.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии − это вопрос, интересующий многих энергетиков, экологов и просто активных граждан нашей страны, и ответ однозначный – ДА, будущее есть. В нашей стране в 2009 году была принята и успешно реализуется программа развития альтернативной энергетики в России, сформулированная как «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года». Кроме этого, государство оказывает помощь предприятиям при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии. Создаются на законодательном уровне экономические рычаги, способствующие распространению «зелёной» энергетики, выражающиеся в установлении льготных тарифов и финансовой помощи при строительстве, налоговых льготах и компенсации части кредитных затрат на строительство.

Одним из примеров такой помощи является внедрение так называемого «зелёного тарифа» на электрическую энергию. Суть его заключается в том, что значения данного тарифа выше, чем у электроснабжающих организаций, таким образом, государство стимулирует развитие альтернативной энергетики на конкретной территории. Тариф позволяет индивидуальным пользователям и предприятиям, имеющим альтернативные энергетические установки, частично компенсировать затраты на их приобретение и монтаж путём реализации излишков выработанной электрической энергии во внешнюю сеть по более высоким ценам. В настоящее время правительством России утверждены Правила такой реализации и подготовлены проекты Постановлений, определяющих условия предоставления «зелёного тарифа». Закон, в соответствии с которым, будет осуществляться подобная деятельность, находится в разработке в Минэнерго, Минэкономразвития и ФАС и должен быть представлен для рассмотрения в Государственную Думу в 2018 году.

Альтернативная энергетика для дома своими руками

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики:

• солнечная генерация – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, при этом используя фотоэлементы заводского производства, собрать контроллер и инвертор, а также изготовить солнечный коллектор;
• ветровые установки – электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются аналогично, как и для солнечных станций, из запасных частей заводского производства, а ветрогенератор достаточно легко изготавливается из подручных материалов и запасных частей от автомототехники;
• микро-ГЭС – также можно изготовить из авто-, мотозапчастейи имеющихся материалов, единственным условием успешного строительства будет наличие водоёма, куда следует поместить турбину;
• биогазовая установка – способен собрать любой сельский житель, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу её брожения.

Видео: альтернативная энергия для частного дома

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

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.

Т акой 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.

Используемую в быту и промышленности, мы добываем на поверхности или в ее недрах. Например, во многих слаборазвитых странах жгут древесину для отопления и освещения жилищ, тогда как в развитых странах для получения электроэнергии сжигают различные ископаемые источники топлива - , . Ископаемые виды топлива представляют собой не возобновляемые источники энергии. Их запасы восстановить невозможно. Ученые сейчас изучают возможности использования неисчерпаемых источников энергии.

Ископаемые виды топлива

Уголь, и газ - невозобновляемые источники энергии, которые сформировались из остатков древних растений и животных, обитавших на Земле миллионы лет назад (подробнее в статье « «). Эти виды топлива добываются из недр и сжигаются для получения электроэнергии. Однако использование ископаемых источников топлива создает серьезные проблемы. При современных темпах потребления известные запасы нефти и газа будут исчерпаны уже в ближайшие 50 лет. Запасов угля хватит лет на 250. При сжигании этих видов топлива образуются газы, под воздействием которых возникает парниковый эффект и выпадают кислотные дожди.

Возобновляемые источники энергии

По мере роста численности населения (см. статью « «) людям требуется все больше энергии, и многие страны переходят к использованию возобновляемых источников энергии - солнца, ветра и . Идея их применения пользуется широкой популярностью, так как это - экологически чистые источники, использование которых не наносит вреда окружающей среде.

Гидроэлектростанции

Энергию воды используют на протяжении многих веков. Вода вращала водяные колеса, использовавшиеся для разных целей. В наши дни построены огромные плотины и водохранилища, и вода применяется для выработки электроэнергии. Течение реки вращает колеса турбин, превращая энергию воды в электроэнергию. Турбина связана с генератором, который вырабатывает электроэнергию.

Земля получает громадное количество . Современная техника позволяет ученым разрабатывать новые методы использования солнечной энергии. Крупнейшая в мире солнечная электростанция построена в пустыне Калифорнии. Она полностью обеспечивает потребности 2000 домов в энергии. Зеркала отражают солнечные лучи, направляя их в центральный бойлер с водой. Вода в нем кипит и превращается в пар, который вращает турбину, связанную с электрогенератором.

Энергия ветра используется человеком уже не первое тысячелетие. Ветер надувал паруса и вращал мельницы. Для использования энергии ветра создавались самые разнообразные устройства, предназначенные для выработки электроэнергии и для других целей. Ветер вращает лопасти ветряка, приводящие в действие вал турбины, связанной с электрогенератором.

Атомная энергия - тепловая энергия, выделяющаяся при распаде мельчайших частиц материи - . Основным топливом для получения атомной энергии является - , содержащийся в земной коре. Многие люди считают атомную энергию энергией будущего, но ее применение на практике создает ряд серьезных проблем. Атомные электростанции не выделяют ядовитых газов, но могут создавать немало трудностей, так как это топливо радиоактивно. Оно излучает радиацию, убивающую все . Если радиация попадает в почву или в , это влечет за собой катастрофические последствия.

Аварии ядерных реакторов и выбросы радиоактивных веществ в атмосферу представляют собой большую опасность. Авария на ядерной электростанции в Чернобыле (Украина), случившаяся в 1986 г., повлекла за собой гибель многих людей и заражение огромной территории. Радиоактивные отходы угрожают всему живому в течение тысячелетий. Обычно их хоронят ни дне морей, но нередки и случаи захоронения отходов глубоко под землей.

Другие возобновляемые источники энергии

В будущем люди смогут использовать множество различных естественных источников энергии. Например, в вулканических районах разрабатывается технология использования геотермальной энергии (тепла земных недр). Другим источником энергии является биогаз, образующийся при гниении отходов. Он может применяться для отопления жилищ и нагревания воды. Уже созданы приливные электростанции. Поперек устьев рек (эстуариев) нередко возводят плотины. Особые турбины, приводимые в действие приливами и отливами, вырабатывают электроэнергию.

Как сделать ротор Савония:

Ротор Савония представляет собой механизм, применяемый крестьянами в Азии и Африке для подачи воды при ирригации. Чтобы самим сделать ротор, вам потребуются несколько чертежных кнопок, большая пластмассовая бутылка, крышка, две прокладки, стержень длиной 1 м и толщиной 5 мм и два металлических кольца.

Как это сделать:

1. Чтобы сделать лопасти, обрежьте бутылку сверху и разрежьте ее пополам вдоль.

2. С помощью чертежных кнопок прикрепите половинки бутылки к крышке. Соблюдайте осторожность при обращении с кнопками.

3. Приклейте прокладки к крышке и воткните в нее стержень.

4. Приверните кольца к деревянному основанию и поставьте ваш ротор на ветру. Вставьте стержень в кольца и проверьте вращение ротора. Выбрав оптимальное положение половины бутылки, приклейте их к крышке прочным водоотталкивающим клеем.

Альтернативные источники энергии – это возобновляемые источники энергии, к которым относятся: энергия солнца, ветер, приливы и отливы, морские волны, тепло планеты. От традиционных исчерпаемых тепловых источников энергии в скором будущем придется отказаться. Набольшую долю атомной энергии придется оставить.

Для существования и развития человечества необходимо производство энергии. В нашу жизнь настолько вошли тепло- и электроэнергия, что человек не может отказаться от их потребления. С другой стороны, на первый план выходит экономический аспект энергетики и создание экологически чистого производство. Здесь возникает необходимость в решении ряда вопросов, связанных с перераспределением средств на покрытие потребностей человека, а также поиске и разработки совершенно новых альтернативных технологий для производства электроэнергии и тепла.

На сегодняшнее время перед человечеством стоит глобальная проблема – загрязнение окружающей среды продуктами горения органического топлива. Темпы производства быстро растут, а это может привести к тому, что через несколько десятилетий крупные индустриальные города увязнут в смоге. Вторая сторона этой проблемы выражается в том, что мы используем исчерпаемые ресурсы. При таких быстрых темпах потребления угля, нефти, газа через столетие наступит энергетический кризис.

Существуют несколько причин, указывающих на необходимость скорейшего перехода на производство альтернативных источников энергии. Всем известно, что традиционные энергодобывающие технологии ведут к глобальному изменению климата. направлены на разрешение глобально – экологических проблем.

Вторая причина – политическая, заключается в том, что страна, первая освоившая альтернативные источники энергии, займет мировое первенство и станет диктовать цены на топливо.

Стоимость альтернативных источников энергии значительно ниже стоимости традиционных источников, причем строительство альтернативных станций окупается быстрее. Альтернативные источники энергии позволят сэкономить топливные ресурсы страны для использования их в других промышленностях, поэтому здесь решается экономическая причина.

Не следует забывать о социальной причине, так как плотность населения постоянно растет, а мест для строительства АЭС и ГРЭС немного. В районах, где расположены крупные АЭС и ГРЕС увеличилось число онкологических заболеваний. Альтернативные источники энергии помогут сохранить здоровье и жизнь многим людям.

Эволюционно-историческая причина связана с ограниченностью и невозобновляемостью топливных ресурсов планеты. Использование традиционных источников энергии может привести человечество в тупик.

Для того чтобы выяснить эффективность применения альтернативных источников энергии необходимо подробно рассмотреть каждый из них.

Солнце – это ведущий источник энергии. Лишь небольшая часть солнечной энергии используется в настоящее время, так как солнечные батареи обладают небольшим коэффициентом полезного действия и не дешевые в производстве. Но отказываться от экологически чистой неисчерпаемой энергии солнца не следует. Данные специалистов показывают, что гелиоэнергетика способна обеспечить все нужды человечества на тысячи лет вперед. КПД гелиоустановок можно увеличить за счет из размещения на крышах домов. Таким образом, будет удовлетворяться потребность человека в тепле, подогреве воды, работе электроприборов. Для промышленных нужд можно размещать гелиоустановки, используя территорию пустынь и пустырей. Но трудности связанные со строительством и эксплуатации гелиоэнергоустановок, делают общий удельный вес гелиоэнергетики достаточно скромным.

Альтернативные источники энергии заключаются не только в использовании энергии солнца. По данным Всемирной метеорологической организации потенциал энергии ветра составляет 170 триллиона кВт·ч в год. Производство энергии ветра имеет свои недостатки. Поскольку энергия ветра сильно рассеяна в пространстве, то нужны такие ветроэнергоустановки, которые смогут беспрерывно работать с высоким КПД. Ветер отличается своей непредсказуемостью. Он постоянно меняет направление, может затухать или достигать огромной силы. Ветроэнергостанции мешают полетам птиц, отражают радиоволны, шумят. Однако эти недостатки можно уменьшить.

На сегодняшний момент существуют ветроэнергоустановки, которые могут работать при слабом ветре. Лопасти винта работают таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось использование ветра.

Свое применение нашли циклонные электростанции, мощность которых достигает 100 тысяч киловатт. Принцип действия циклонных электростанций заключается в том, что когда теплый воздух поднимается, он смешивается с циркулирующим воздушным потоком, образовавшийся «циклон» начинает вращать турбину. Такие установки эффективнее солнечных батарей. Сооружаются «ветряные фермы», которые компенсируют изменчивость ветра. Они возводятся на обширной территории, потому что ветряки нельзя размещать близко друг к другу. Такие альтернативные источники энергии существуют в США, в Англии, во Франции. В Дании ветроэнергоустановка расположилась на прибрежном мелководье Северного моря. Там она никому не мешает и ветер устойчивее. На протяжении 90-х годов в Нидерландах и Швеции велось строительство 54 тысяч энергоустановок. Германия, используя альтернативные источники энергии, получает 10% электроэнергии, за счет энергии ветра. Западная Европа получает 2500 МВ электроэнергии путем использования энергии ветра.

Топливом будущего считается водород. Во время окисления водорода, как побочный продукт образуется вода, а из нее можно так же добывать водород. Поскольку 73% земной поверхности покрыто водой, то можно сказать, что водород является неисчерпаемым топливом.

Альтернативные источники энергии связывают со строительством гидроэлектростанций. В начале прошлого века крупные реки, перегороженные плотинами, давали дешевую энергию. Однако такое вмешательство в природу привело к ущербу для сельского хозяйства, потому что земли расположенные выше плотин затоплялись, ниже – падал уровень грунтовых вод. Все это приводило к потере пространства земли, загниванию воды в водохранилищах, прерыванию естественного течения рек. Отрицательное воздействие на окружающую среду крупных ГЭС зародило идею о создании «мини-ГЭС». Такие сооружения могут располагаться на небольших реках и ручьях, а их электрогенераторы смогут работать при небольших перепадах воды или от силы течения.

Альтернативные источники энергии виде отливов и приливов могут дать человечеству около 70 миллиардов кВт·ч в год. Для сравнения: максимальное использование только приливов может обеспечить процветание 30 тысячам современных «Америк». Приливные электростанции накапливают воду в водохранилищах по время приливов и тратят ее на производство электроэнергии в тех случаях, когда происходит “пик потребления” в энергосистемах, ослабляя нагрузку на другие электростанции. Приливные электростанции имеют все предпосылки, чтобы стать одной из основных составляющих мировой энергетики, например как природный газ.

Во Франции в 1966 году была пущена первая приливная электростанция, расположенная на реке Ранс. Стоимость этого сооружения в 2,5 раза превышала стоимость речной ГРЭС такой же мощности. Первый опыт эксплуатации приливной электростанции доказал экономическую оправданность ее строительства.

Учеными уже доказано, что альтернативные источники энергии могут находится на дне моря или озера. Для этого разработаны и экспериментально опробованы волновые электростанции. В лаборатории энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был создан проект первой океанской электростанции. Она будет возведена во Флоринском проливе, где берет свое начало океанское течение - Гольфстрим. Мощность водяного потока при выходе из Мексиканского залива превышает в двадцать раз суммарный расход воды во всех реках планеты. Специалисты подсчитали, что проект окупится в течение пяти лет.

Источником экологически чистой энергии является подземное тепло планеты. Первая Российская геоТЭС была построена на Камчатке в 1966 году. ГеоТЭС также построены и действуют в США, Исландии, Новой Зеландии, Японии и Мексике. Столица Исландии получает тепло только за счет подземных источников. Но данным ученых, геотермальная мощность значительно выше.

Помимо геотермальной энергии, можно использовать тепло воды. Вода способна нагреваться, поэтому можно использовать эту часть тепла. Для этого требуется установка, работающая по принципу «холодильник наоборот». Обычный холодильник «выкачивает» из своей камеры тепло и «выкидывает» его наружу. Можно отобрать тепло из холодильных установок, если через него пропустить воду. Пар, образованный в результате теплообмена конденсируется. Его температура достигает 110С°. Затем он пропускается на турбины электростанций или в батареи центрального отопления.

Эти установки наиболее эффективны при больших перепадах температур. Например на глубине моря вода холодная - 4С°, а поверхность прогревается до 25 С°. Разница составляет 20 градусов. Подобные установки уже экспериментально опробованы в Лаккадивском архипелаге около юго-западного побережья Индии.

За последние двести лет в атмосфере повысилась концентрация ртутных паров в три раза. Это произошло в результате горения городских отходов и ртутьсодержащих сортов угля.
Придет время и человечеству придется отказаться от использования традиционных источников энергии. На смену им придут экологически чистые, возобновляемые альтернативные источники энергии.