Альтернативная и возобновляемая энергетика. Альтернатива чему?

Сегодня много говорят об альтернативной и возобновляемой энергетике. Имеется в виду, что это альтернатива сложившейся схеме получения энергии из нефти, газа, угля. Почему возникла проблема? Нынешний “Homo sapience” в части энергопотребления отличается от своих предков прежде всего тем, что он потребляет энергии в 100 раз больше.

Нашим предшественникам вполне хватало энергии Солнца для того, что бы себя дровами обогреть, гужевой транспорт травой заправить. За ископаемыми глубоко лезть было не зачем. Технологические возможности человека не могли предложить широкий спектр удобств и услуг. Другое дело сегодня. Мы научились столь многому, что появилась возможность комбинировать возможности и удобства на любой вкус. Но потребность в коммуникациях и удобствах, войны и подготовка к ним потребовали много энергии.

Не имея возможности собрать щедро отпускаемую Солнцем энергию, человек обратился к альтернативному варианту — запасенной в нефти, угле, природном газе энергии Солнца. Но потребляя углеводороды неумеренно и неумело, мы превысили возможности природы к самоочищению и, в местах компактного обитания, в буквальном смысле этого слова, отравили себе жизнь. Практически человечество уперлось в тупик по ценам и опасности использования углеводородов в качестве источника энергии.

Обретенной в свое время альтернативе снова требуется альтернатива. Что можно предложить в замен? Энергию Солнца и ее носителей воздуха и воды, энергию ядерного распада, глубинное тепло Земли.

Энергии Солнца сколько угодно, нужно только уметь ее собрать. Ядерное топливо нужно с трудом добыть и не без риска использовать. Хотя, если говорить о текущих выбросах, ядерные электростанции экологически значительно чище обычных ТЭЦ. Геотермальная энергетика уже бурно развивается. На Земле существует множество доступных для выгодного освоения неглубоких пластов с высокой температурой. Технологически человечество уже готово ко всем этим вариантам.

Сегодня человек использует на свои нужды энергии 8.3х10¹³ кВт-час/год . До поверхности Земли доходит тепла Солнца 1,3х10¹⁶ кВт-час/год. Это постоянно возобновляемая энергия, подпитывающая все живое, поверхность Земли. Из приведенных цифр следует, что человек в своей деятельности использует энергию, составляющую 0,06% от уровня поступления тепла Солнца.

По данным Российского национального агентства по энергосбережению и возобновляемым источникам энергии, теоретически возможно обеспечить всю потребность России в электрической энергии если плотно установить солнечные электростанции на участке 70 на 70 километров в районе Краснодарского края. По расчетам специалистов Масачусетского технологического института, разведанный потенциал доступных для освоения геотермальных источников в США в 2 тысячи раз превышает потребности страны в энергии.

Планы развития альтернативной энергетики за рубежом.

США собираются в будущем возглавить мировой список стран, наиболее активно разрабатывающих, внедряющих и использующих технологии и электростанции, работающих на возобновляемых источниках энергии. Президент США Барак Обамаобъявил о намерении значительно увеличить долю альтернативной энергетики в стране как основной путь по снижению зависимости от невозобновляемого топлива (нефть и газ), а так же с целью существенного уменьшения вредного воздействия на окружающую среду работающих на углеводородах электростанций.

По разработанному в правительстве плану, к 2050 году объемы парниковых газов, производимых США, должны уменьшиться на 80%. При этом немалую роль в «озеленении» американской энергетики должны сыграть энергосберегающие технологии и электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии. Соответственно, в стране будет строиться больше энергогенерирующих мощностей, использующих энергию Солнца, ветра, биомассы, приливных течений, геотермальных источников и др, а также более активно развиваться соответствующие технологии.

В следующие несколько десятилетий мир должен будет преодолеть зависимость от ископаемого топлива и существенно сократить выбросы парниковых газов, пишет деловой портал BFM.ru со ссылкой на публикацию в Wall Street Journal, где перечисляются пять технологий, которые в случае успешной разработки и внедрения смогут радикально изменить мировой энергетический ландшафт. Ключевых понятий в этой фразе двf: преодоление зависимости от углеводородов и сокращение выбросов парниковых газов. Сокращение выбросов парниковых газов, прежде всего СО2, является индикатором деятельности по замене нефти, угля, газа на другие виды энергоносителей.

В настоящее время разработано множество способов «чистого» получения электрической и тепловой энергии. Постепенно формируется выбор наиболее надежных и доступных способов.

Использование солнечной энергии

Основные технологии получения энергии — при помощи солнечных батарей на основе полупроводниковых фотогальванических элементов и на основе использования солнечных коллекторов.

При использовании солнечных батарей электроэнергия получается сразу от солнечной панели. С 1 квадратного метра можно снять 200-300 Вт мощности. Стоимость 1 кВт генерируемой мощности от 2,5 до 4 тысяч €.

Солнечные коллекторы могут использоваться для получения тепловой энергии с последующей ее трансформацией в электрическую по традиционной схеме. Стоимость 1 кВт генерируемой мощности от 1 до 1,2 тысяч €.

В планах Евросоюза строительство огромной сети солнечных электростанций в пустыне Сахара. Энегоустановки будут работать на базе солнечных коллекторов. Площадь размещения установок 6,5 тыс квадратных миль, что соответствует 0,18% общей площади пустыни Сахара. С этой площади планируется снимать 100 ГВт энергии, что соответствует мощности примерно 15 Саяно-Шушенских ГЭС. Стоимость проекта 400 миллиардов €. Этой мощности достаточно для полного удовлетворения потребностей стран Евросоюза в электроэнергии.

Использование геотермальной энергии

В статье, посвященной состоянию геотермальной энергетики, уже описывались основные перспективы ее развития. Как уже отмечалось, неиспользуемый потенциал геотермаьной энергии в тысячи раз превышает потребности стран в энергии. Стоимость 1 КВт генерируемой мощности в 2-3 раза ниже стоимости генерации по на ТЭС или гидроэлектростанциях.

В то же время, при получении энергии от тепла Земли, можно решать проблемы утилизации выбросов СО2. В настоящее время появились тезнологии, позволяющие отделять СО2 от выбросов тепоэлектростанций, сжижать газ и использовать сжиженный газ для закачки в геотермальные скважины. Находящийся под большим давлением углекислый газ имеет большую текучесть, чем вода и работает как прекрасный теплоноситель. В результате применения СО2 в качестве теплоносителя производительность геотермальной станции может быть увеличена на вдвое. Кроме того, одна геотермальная электростанция способна произвести утилизацию СО2 трех и более ТЭС.

Использование углекислого газа для производства топлива.

В промышленно развитых странах действуют весьма ощутимые платежи за выбросы СО2 в атмосферу. В качестве альтернативы может может быть предложена утилизация СО2 с последующим использованием в геотермальных станциях или химическое преобразование СО2 в топливо, аналогичное бензину или природному газу. Технология такой модификации СО2 уже опробована. Положительные результаты получены. Проблемы выбросов СО2 это не решает. Но позволяет запустить в оборот имеющиеся выбросы, не генерируя новых по действующим технологиям сжигания углеводородов.

Использование ветровых электростанций

Использование силы ветра для производства энергии имеет давние традиции. В последнее время усовершенствованные технологии позволили устанавливать ветряки практически повсюду, где дуют постоянные ветры. Особенно это характерно для прибрежных стран.

Очень распространены ветровые генераторы в Дании, Германии, Швеции. Это оборудование относительно простое, надежное и экологически чистое. Применение ветряков не наносит ущерба окружающей среде. Стоимость 1 кВт генерируемой мощности от 1 до 2 тысяч €. Недостаток этого вида генераторов в нестабильности производства энергии. Но этот недостаток достаточно легко устраняется использованием естественных аккумуляторов энергии на сжатом воздухе или с применением воздушно-литиевых аккумуляторов.

Использование малых и микро-ГЭС

Использование ГЭС себя более, чем оправдало. Это возобновляемый вид энергии. Стоимость получаемой электроэнергии в несколько раз ниже, чем стоимость энергии при сжигании топлива. В то же время стоимость возведения крупной ГЭС очень велика. В ряде случаев имеются серьезные экологические последствия, связанные с затоплением территорий при образовании водохранилищ и нарушениями естественной среды обитания рек. Эти проблемы преодолимы при строительстве малых ГЭС имикроГЭС, которые прекрасно вписываюся в существующий ландшафт и производят энергию не нарушая естественой среды обитания.

Весьма перспективны микроГЭС, которые рассчитаны на обеспечение энергией нескольких домов или малых поселков. Такой проточный генератор может быть установлен практически в любой быстрый поток. Стоимость 1 кВт генерируемой мощности 100-200€.

На недавней встрече в Москве Премьер -министр Швеции заявил, что его страна не намерена более расширять производство энергии за счет сжигания газа. Всю потребность в энергии Швеция будет обеспечивать за счет разития гидроэнергетики и других "чистых" технологий получения энергии. Аналогичную позицию занимает Дания: имея возможности использования углеводородов, страна уже сегодня 27% энергии вырабатывает от экологически чистых энергоносителей. В ближайшем будущем Дания намерена 40% энергии вырабатывать от экологически чистых источников.

Замена двигателей внутреннего сгорания на транспорте на электродвигатели.

Одним из основных источников выбросов вредных и парниковых газов являются автомобили. Для многих городов эта проблема уже стала невыносимой. Появились гибридные двигатели. Но это решает проблему лишь частично. В настоящее время весьма перспективным направлением считается отказ от существующих двигателей внутреннего сгорания в пользу электродвигателей, которые будут получать энергию от высокоэффективных аккумуляторов.

Существующие в настоящее время литий-ионные аккумуляторы достаточно дороги и не обеспечивают необходимой автономности работы автомобиля в привычном для автомобилиста режиме. Появившиеся разработки воздушно-литиевых аккумуляторов с уровнем энергоемкости на порядок выше литий-ионных, позволяют рассчитывать на скорое появление полностью экологически чистых и безопасных автомобилей, аналогичных существующим моделям.

Использование биотоплива

Производство продуктов питания многостадийный и длительный процесс. Общая эффективность этого процесса примерно 8-9%, если в качестве затрат учитывать энергию, прикладываемую для производства конечного продукта. Человек использует для питания 16-20% от находящейся в обороте биомассы. Остальные 80% составляют биоотходы с запасенной энергией. Извлечение этой энергии, полезная утилизация биомассы может осуществляться в биогазовых установках.

Получаемое при сбраживании биотопливо и генераторный газ на газогенераторных установках позволяют получить дополнительную энергию для производства тепла и электроэнергии. При этом стоимость энергии зачастую в 10-17 раз ниже, чем стоимость покупной энергии. Не менее важно то, что остатки от переработки являются ценными удобрениями.

В Европе, использованию установок по переработке органических отходов уделяется значительное внимание. Производство энергии на таких установках значительно чище, чем при сжигании ископаемого топлива. Кроме тго, решается проблема переработки отходов и поддержания плодородия земель. Стоимость 1 кВт генерируемой мощности до 1 тысячи €.

Автор: Коваль Сергей Петрович