Альтернативные источники энергии

Существует  мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что могло  бы привести к негативным экологическим  последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций незаметно. Кинетическая энергия вращения Земли (~1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10−14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (~2×10−5 с в год).

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

Энергия волн — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — возобновляемый источник энергии.

Мощность  волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению  с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей  удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как  правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности  океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую  энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для  воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха — до 85 %.

Волновая  энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо  большей, чем для других альтернативных источников энергии.

Несмотря  на схожую природу, энергию волн принято  отличать от энергии приливов и океанских  течений. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространенной практикой, в настоящее время в этой сфере  проводятся только экспериментальные  исследования.

Так же известны:

• мини и микро ГЭС подходящие для частного использования в горных реках работающие по общему принципу гидроэнергетики.
• Водопадные электростанции
• Электростанции, использующие океанические течения.

 

 

 

2.4 Геотермальная энергетика

 

Геотермальная энергетика — производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам.

В вулканических районах циркулирующая  вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших  глубинах и по трещинам поднимается  к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным  тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более  чем паротермы распространены сухие  высокотемпературные породы, энергия  которых доступна при помощи закачки  и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород  с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным  считается использование геотерм  в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой  Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

На 2006 г. в России разведано 56 месторождений  термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/сутки. На 20 месторождениях ведется  промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское  и Черкесское (Карачаево-Черкесия и  Ставропольский край), Кизлярское и  Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

 

2.5 Биоэнергетика

 

Биодизель — биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации.

Биодизель, как показали опыты, при попадании  в воду не причиняет вреда растениям  и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек  и озёр.

Сокращение  выбросов СО2. При сгорании биодизеля  выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель  в сравнении с обычным дизельным  топливом почти не содержит серы. Это  хорошо с точки зрения экологии.

Высокая температура воспламенения. Точка  воспламенения для биодизеля  превышает 100 °С, что позволяет назвать  биотопливо относительно безопасным веществом.

Достоинства

Хорошие смазочные характеристики. Минеральное  дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные  способности. Биодизель, несмотря на значительно  меньшее содержание серы, характеризуется  хорошими смазочными свойствами, что  продлевает срок жизни двигателя. Это  вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например, грузовик из Германии попал  в Книгу рекордов Гиннеса, проехав  более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.

Более высокое Цетановое число 

Для минерального дизтоплива 42-45,

Для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51.

Увеличение  срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных  частей, в результате которой, как  показывают испытания, достигается  увеличение срока службы самого двигателя  и топливного насоса в среднем  на 60%. Важно отметить, что нет  необходимости модернизировать  двигатель.

Высокая температура воспламенения. Точка  воспламенения для биодизеля  превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.

Побочный  продукт производства - глицерин, имеющий  широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для  производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки  получают фармакологический глицерин, тонна которого на рынке стоит  порядка 1 тыс. евро. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину  можно получить фосфорные удобрения.

Недостатки

В холодное время года необходимо подогревать  топливо, идущее из топливного бака в  топливный насос, или применять  смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки  марки В20.

Долго не хранится (около 3 месяцев)

В России не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива, но создаются региональные программы, например Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». В Липецкой области создана Ассоциация Производителей Рапсового Масла.

Планируется строительство заводов по производству биодизеля в: Липецкой области, Татарстане, Алтайском крае, Ростовской области, Волгоградской области, Орловской  области, Краснодарском крае, Омской области.

ОАО «РЖД» в 2006—2007 годах провела испытания  биодизеля из рапсового масла  на тепловозах депо Воронеж-Курский  Юго-Восточной железной дороги. Представители  РЖД заявили о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах.

Разрешено 5% содержание в автомобильном топливе.

 

Биогаз — газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.

Производство  биогаза позволяет предотвратить  выбросы метана в атмосферу. Метан  оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем  СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный  способ предотвращения глобального  потепления.

Переработанный  навоз, барда и другие отходы применяются  в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить  применение химических удобрений, сокращается  нагрузка на грунтовые воды.

Биогаз  используют в качестве топлива для  производства: электроэнергии, тепла  или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые  установки могут устанавливаться  как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться  в биогаз вместо производства мясо-костной  муки.

Volvo и Scania производят автобусы с  двигателями, работающими на биогазе.  Такие автобусы активно используются  в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По  прогнозам Швейцарской Ассоциации  Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет  работать на биогазе.

Россия  ежегодно накапливает до 300 млн т  в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде бытового мусора. Эти отходы могут быть сырьём для производства биогаза. Потенциальный  объём ежегодно получаемого биогаза  может составить 90 млрд м³.

В США выращивается около 8,5 миллионов  коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения  топливом 1 миллиона автомобилей[2].

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается  в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии

 

Биофотолиз  воды

Биофотолиз  воды — разложение воды на водород  и кислород с участием микробиологических систем. Производство водорода происходит в биореакторе, содержащем водоросли. Водоросли производят водород при  определенных условиях. В конце 90-х  годов XX века было показано, что в  условиях недостатка серы биохимический процесс производства кислорода, т. е. нормальный фотосинтез, переключается на производство водорода.

Ферма водородопроизводящих водорослей площадью со штат Техас производила бы достаточно водорода для покрытия потребностей всего мира. Около 25 тыс. квадратных километров достаточно для возмещения потребления бензина в США. (Это  в десять раз меньше чем используется в сельском хозяйстве США для  выращивания сои)

2.6 Распределённое производство энергии

 

Распределённое  производство энергии (англ. Distributed power generation) — концепция распределённых энергетических ресурсов подразумевает  наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую  энергию для собственных нужд, направляя их излишки в общую сеть.

При этом снижаются потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального  приближения электрогенераторов к  потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании. Такой подход также ведет к  уменьшению числа и протяжённости  линий электропередачи, которые  необходимо построить.

Типичное  распределённое производство электроэнергии характеризуется низкими затратами  на обслуживание, низким загрязнением окружающей среды и высокой эффективностью. В прошлом для этого требовались  опытные операторы и большие  комплексные заводы. В настоящее  время благодаря автоматизации, использованию чистых источников энергии, таких как солнечный свет, ветер  и природный газ размер экономически эффективных энергоустановок уменьшился.[источник не указан 197 дней]

В рамках данной концепции в качестве генераторов энергии выступают  когенерационные установки (КГУ) малой  и средней мощности, которые позволяют  добиться высокой эффективности  использования топлива (до 90 % от потенциальной  энергии).

Использование подобных установок приводит к значительной экономии топлива и финансов. По некоторым оценкам, использование  КГУ позволит снизить затраты  на производство энергии в США  на 40 %.

Объединение распределённых генераторов энергии  может выступать в качестве виртуальной  ТЭЦ. В качестве синонима может использоваться термин «децентрализованное производство энергии», который не отражает специфической  особенности — наличие общей  сети обмена электро- и тепловой энергии. В рамках концепции децентрализованного  производства электроэнергии возможно наличие общей сети электроэнергии и системы местных котельных, производящих исключительно тепловую энергию для нужд населённого  пункта/предприятия/квартала.

Такую систему недавно внедрили в японском городе Отто, где за счет администрации на каждый дом установили солнечные фотоэлементы,  и теперь вместо того чтобы платить за коммунальные услуги жители наоборот получают деньги за счет продажи излишков электричества.