Доклад. ВИЭ.
Возобновляемая или регенеративная энергия ("Зеленая
энергия") — энергия из источников, которые по человеческим
масштабам являются неисчерпаемыми. Основной
принцип использования возобновляемой
энергии заключается в её извлечении из
постоянно происходящих в окружающей
среде процессов и предоставлении для технического применения.
Возобновляемую энергию получают
из природных ресурсов — таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная
теплота — которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путем). В 2006
году около 18 % мирового потребления энергии
было удовлетворено из возобновляемых
источников энергии, причем 13 % из традиционной
биомассы, таких, как сжигание древесины.[1] Гидроэлектроэнергия является очередным
крупнейшим источником возобновляемой
энергии, обеспечивая 3,3 % мирового потребления
энергии и 15,3 % мировой генерации электроэнергии
в 2010 году. В 2010 году 16,7% мирового потребления
энергии поступало из возобновляемых
источников. Доля возобновляемой энергии
уменьшается, но это происходит за счёт
сокращения доли традиционной биомассы,
которая составила всего 8,5% в 2010 году.
Доля современной возобновляемой энергии
растёт и в 2010 году составила 8,2%, в том
числе гидроэнергия 3,3%, для отопления
и нагрева воды (биомасса, солнечный и
геотермальный нагрев воды и отопление)
3,3%; биогорючее 0,7%; производство электроэнергии
(ветровые, солнечные, геотермальные электростанции
и биомасса в ТЕС) 0,9%.[2] Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год,
по всему миру с установленной мощностью
196600 мегаватт (МВт) в 2010 году,[3] и широко используется в странах Европы
и США.[4] Ежегодное производство в фотоэлектрической промышленности достигло 6900 МВт в 2008
году[5]. Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании.[6] Солнечные тепловые станции действуют
в США и Испании, а крупнейшей из них является
станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт.[7] Крупнейшей в мире геотермальной установкой,
является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью
750 МВт. Бразилия проводит одну из крупнейших
программ использования возобновляемых
источников энергии в мире, связанную
с производством топливного этанола из
сахарного тростника. Этиловый спирт в
настоящее время покрывает 18 процентов
потребности страны в автомобильном топливе [8]. Топливный этанол также широко распространен
в США.
Энергия ветра
Основная статья: Ветроэнергетика
Это отрасль энергетики, специализирующаяся
на преобразовании кинетической энергии
воздушных масс в атмосфере в
электрическую,тепловую и любую другую
форму энергии для использования в народном
хозяйстве. Преобразование происходит
с помощью ветрогенератора (для получения
электричества),ветряных мельниц (для
получения механической энергии) и многих
других видов агрегатов. Энергия ветра
является следствием деятельности солнца,
поэтому она относится к возобновляемым
видам энергии.
Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями
генератора. Например, турбины мощностью
3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту
башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.
Наиболее перспективными местами
для производства энергии из ветра
считаются прибрежные зоны. В море,
на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда
и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай,
забитых на глубину до 30 метров.
Ветряные генераторы практически
не потребляют ископаемого топлива.
Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт
за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить
примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
В перспективе планируется использование
энергии ветра не посредством ветрогенераторов, а более нетрадиционным образом. В городе Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции
работающей на пьезоэффекте. Она будет представлять собой лес из
полимерных стволов покрытых пьезоэлектрическими
пластинами. Эти 55-метровые стволы будут
изгибаться под действием ветра и генерировать ток.
[править]Гидроэнергия
Основная статья: Гидроэнергетика
На этих электростанциях, в качестве источника энергии используется потенциальная
энергия водного потока, первоисточником которой является
Солнце, испаряющее воду, которая затем
выпадает на возвышенностях в виде осадков
и стекает вниз, формируя реки. Гидроэлектростанции
обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно использование кинетической
энергии водного потока на так называемых
свободно поточных (бесплотинных) ГЭС.
Особенности:
- Себестоимость электроэнергии на ГЭС существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций
- Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
- Возобновляемый источник энергии
- Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
- Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
- Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
- Водохранилища часто занимают значительные территории
- Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
Типы ГЭС:
- Плотинные
- Бесплотинные
- Малые
- Гидроаккумулирующие
- Приливные
- На океанских течениях
- Волновые
- Осмотические
На 2010 год гидроэнергетика обеспечивает
производство до 76 % возобновимой и до 16 %
всей электроэнергии в мире, установленная
гидроэнергетическая мощность достигает
1015 ГВт. Лидерами по выработке гидроэнергии
на гражданина являются Норвегия, Исландия иКанада. Наиболее активное гидростроительство
на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является
основным потенциальным источником энергии,
в этой же стране размещено до половины
малых гидроэлектростанций мира.
[править]Энергия приливов и отливов
Основная статья: Приливная электростанция
Электростанциями этого типа являются
особым видом гидроэлектростанции,
использующим энергию приливов, а
фактически кинетическую энергию вращения
Земли. Приливные электростанции строят
на берегах морей, где гравитационные
силы Луны и Солнца дважды в сутки
изменяют уровень воды.
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 гидроакумулирующая
электростанция.
Преимуществами ПЭС является экологичность
и низкая себестоимость производства
энергии. Недостатками — высокая стоимость
строительства и изменяющаяся в течение
суток мощность, из-за чего ПЭС может работать
только в единой энергосистеме с другими
типами электростанций.
[править]Энергия волн
Основная статья: Энергия волн
Волновые
электростанции используют потенциальную
энергию волн переносимую на поверхности
океана. Мощность волнения оценивается
в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной
энергией энергия волн обладает большей
удельной мощностью. Несмотря на схожую
природу с энергией приливов, отливов
и океанских течений волновая энергия
представляет собой отличный от них источник возобновляемой
энергии.
[править]Энергия солнечного света
Основная статья: Солнечная энергетика
Данный вид энергетики основывается
на преобразовании электромагнитного солнечного излучения в электрическую или тепловую энергию.
Солнечные электростанции используют энергию Солнца как напрямую (фотоэлектрические СЭС работающие на явлении внутреннего
фотоэффекта), так и косвенно - используя кинетическую
энергию пара.
К СЭС косвенного действия относятся:
- Башенные — концентрирующие солнечный свет гелиостатами на центральной башне наполненной солевым раствором.
- Модульные — на этих СЭС теплоноситель, как правило масло, подводится к приемнику в фокусе каждого параболо-цилиндрического зеркального концентратора и затем передает тепло воде испаряя её.
Схема солнечного пруда:
1 — слой пресной воды; 2 — градиентный
слой;
3 — слой крутого рассола; 4 — теплообменник.
- Солнечные пруды[9] — представляют собой небольшой бассейн глубиной в несколько метров имеющий многослойную структуру. Верхний — конвективный слой — пресная вода; ниже расположен градиентный слой с увеличивающейся книзу концентрацией рассола; в самом низу слой крутого рассола. Дно и стенки покрыты чёрным материалом для поглощения тепла. Нагрев происходит в нижнем слое, так как рассол имеет более высокую по сравнению с водой плотность увеличивающуюся при нагреве из-за лучшей растворимости соли в горячей воде, конвективного перемешивания слоёв не происходит и рассол может нагреваться до 100°C и более. В рассольную среду помещён трубчатый теплообменник по которому циркулирует легкокипящая жидкость (аммиак, фреон и др.) и испаряетсяпри нагреве передавая кинетическую энергию паровой турбине.
Крупнейшая электростанция подобного
типа находится в Израиле, её мощность 5 Мвт, площадь пруда 250 000
м2, глубина 3 м.
[править]Геотермальная энергия
Основная статья: Геотермическая энергия
Электростанции данного типа представляют
собой теплоэлектростанции использующие в качестве теплоносителя воду из горячих геотермальных
источников. В связи с отсутствием необходимости
нагрева воды ГеоТЭС являются в значительной
степени более экологически чистыми нежели
ТЭС. Строятся ГеоТЭС в вулканических
районах, где на относительно небольших
глубинах вода перегревается выше температуры
кипения и просачивается к поверхности,
иногда проявляясь в виде гейзеров. Доступ к подземным источникам осуществляется
бурением скважин.
[править]Биоэнергетика
Основная статья: Биоэнергетика (электроэнергетика)
Дополнительные сведения: Биотопливо и Биодизель
Данная отрасль энергетики специализируется
на производстве энергии из биотоплива. Применяется в производстве как электрической
энергии, так и тепловой.
[править]Биотопливо первого поколения
Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое,
как правило, в результате переработки
биологических отходов. Существуют также проекты разной степени
проработанности, направленные на получение
биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов,
но эти технологии находятся в ранней
стадии разработки или коммерциализации.
Различают:
- твёрдое биотопливо (лес энергетический: дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга), торф;
- жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир, биодизель);
- газообразное (биогаз, биоводород, метан).
[править]Биотопливо второго поколения
Завод пиролиза биомассы, Австрия
Биотопливо второго поколения — разнообразные виды топлива, получаемые
различными методами пиролиза биомассы, или прочие виды топлива, помимо метанола, этанола, биодизеля получаемые из источников сырья «второго
поколения». Быстрый пиролиз позволяет
превратить биомассу в жидкость, которую
легче и дешевле транспортировать, хранить
и использовать. Из жидкости можно произвести
автомобильное топливо, или топливо для
электростанций.
Источниками сырья для биотоплива
второго поколения являются лигно-целлюлозные
соединения, остающиеся после того, как
пригодные для использования в пищевой
промышленности части биологического
сырья удаляются. Использование биомассы
для производства биотоплива второго
поколения направленно на сокращение
количества использованной земли, пригодной
для ведения сельского хозяйства[10]. К растениям — источникам сырья второго
поколения относятся[11]:
- Водоросли — простые живые организмы, приспособленные к росту и размножению в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);
- Рыжик (растение) — растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами;
- Jatropha curcas или Ятрофа — растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.
Из биотоплив второго поколения, продающихся
на рынке, наиболее известны BioOil производства
канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской
компании CHOREN
Industries GmbH.
По оценкам Германского Энергетического
Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне
существующих технологиях) производство
топлив пиролизом биомассы может покрыть
20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году, с развитием технологий, пиролиз биомассы
может обеспечить 35 % германского потребления
автомобильного топлива. Себестоимость
производства составит менее €0,80 за литр
топлива.