Альтернативні джерела енергії та їх використання. Альтернативні джерела енергії для дому. Облаштування та підключення зовнішнього пристрою

Енергія завжди була найважливішим чинником існування та прогресу людської цивілізації. Без неї немислима будь-яка діяльність людей, від неї вирішальним чином залежить економіка країн і, зрештою, – людський добробут. Пересічна людина настільки звик і пристосувався до різних її проявів, що просто не помічає проблеми, бездумно споживаючи нескінченними ресурси.

Однак межі та можливості традиційних джерел енергії не є невичерпними. Про це промовисто свідчить енергетична політика більшості найбільших економічно розвинених країн планети, ООН та інших провідних світових організацій. Усі зацікавлені сторони вже понад півстоліття ведуть активні пошуки та розробку інших, альтернативних способів отримання електроенергії та тепла.

Розвиток альтернативної енергетики був із масштабними проблемами екології. Глобальне забруднення довкілля, світового океану, жахливі цифри статистики щодо викидів в атмосферу шкідливих сполук – усе це недвозначно вказує на те, що у XXI столітті альтернативна енергетика та екологія будуть нерозривно пов'язані між собою.

Розробка та пошук нетрадиційних джерел енергії – одне з найважливіших завдань, які стоять перед світовим науковим співтовариством. Від її вирішення залежить екологія планети, ситуація з тотальною енергетичною кризою, що насувається, подальший економічний розвиток країн і, як наслідок, рівень життя їх населення.

Людство давно усвідомило необхідність отримання енергії та навчилося її використовувати, набуваючи відчутних переваг.

Використання вітрової енергії призвело до появи вітрила, бойових та торгових кораблів. Виникли військові флоти, почала розвиватися морська торгівля.

Винахід млинів для виробництва хліба було засноване на використанні енергії води, яка видобувається за допомогою руху водяного колеса. Їхня поява позитивно вплинула на демографічну ситуацію країн древнього світу, різко збільшилася тривалість життя людей.

Використання як палива побутових відходів та останків вимерлих рослин споконвіку допомагало готувати їжу, послужило основою для виникнення ранньої металургії.

Потім прийшли на допомогу людству важливі геологічні відкриття. Науково-технологічний прогрес та промислова революція призвели до того, що вже наприкінці XIX століття основним джерелом для одержання енергії стала вуглеводнева сировина. Вітрило, весла, м'язова сила коней та інших тварин були замінені дешевими двигунами, що спалюють викопне паливо.

Економіки переважної більшості країн перебудувалися на вуглеводневі носії, попутно розвивалася гідроенергетика, і з середини ХХ століття «на сцену» вийшла атомна енергетика.

Такий поступальний розвиток міг продовжуватися і далі, якби вже до 60–70-х років XX століття цивілізація не зіткнулася з проблемою глобального забруднення Землі, що тісно пов'язана з нею антропогенною зміною клімату.

Сучасна енергетика впевнено тримає пальму першості у хімічному, радіоактивному, аерозольному та інших видах забруднення. довкілля. Вирішення її відповідних проблем прямо позначиться на позитивній можливості усунення екологічних проблем.

Основна складність проблеми сучасної енергетики полягає у тому, що ця виробнича галузь розширюється дуже швидко. Для порівняння – якщо чисельність населення Землі подвоюється за півстоліття, то подвоєння споживання енергії людством відбувається кожні 15 років.

Таким чином, накладення темпів збільшення населення та зростання енергетичної сфери призводить до лавинного ефекту: потреби та вимоги щодо енергії в перерахунку на душу населення постійно зростають.

На даний момент немає жодних ознак зменшення її споживання. Для того, щоб ці вимоги постійно задовольняти в найближчому майбутньому, людство має якнайшвидше відповісти для себе на кілька важливих питань:

• який реальний вплив мають на ноосферу (сферу людської діяльності) ключові види енергетики, як зміниться їхній внесок у енергетичний баланс у найближчому та віддаленому майбутньому;
• як нівелювати негативний ефект від застосування традиційних способів одержання енергії, її експлуатації;
• які існують можливості, чи є доступні технології отримання альтернативної енергії, які для цього можна використовувати ресурси, чи є майбутнє альтернативних джерел енергії.

Альтернативна енергія як безальтернативне майбутнє людства

Що таке альтернативна енергетика? Під цим поняттям ховається зовсім нова галузь, що поєднує всілякі перспективні розробки, спрямовані на пошук та використання альтернативних джерел енергії.

Найшвидший перехід до альтернативних джерел енергії необхідний з наступних факторів:

Держави, які використовують альтернативні види енергії, отримають безцінний бонус – фактично невичерпний, безлімітний запас, оскільки левова частка цих джерел відновлюється.

Основні види альтернативних джерел енергії

Останнім часом практично перепробовано чимало нетрадиційних варіантів одержання енергії. Статистика стверджує, що поки що йдеться про тисячні частки відсотка від потенційно можливого використання.

Типовими складнощами, з якими неминуче стикається на своєму шляху розвиток альтернативних джерел енергії, є повні прогалини в законах більшості країн щодо експлуатації природних ресурсівяк надбання держави. З відсутністю юридичного опрацювання тісно пов'язана проблема неминучого оподаткування альтернативної енергетики.

Розглянемо 10 альтернативних джерел енергії, що отримали найбільше поширення.

Вітер

Енергія вітру використовувалася людиною завжди. Рівень розвитку сучасних технологійдозволяє зробити її практично безперебійною.

Електрика при цьому виробляється за допомогою вітряків, схожих на млина, спеціальних пристроїв. Гвинт вітряка за допомогою лопатей, що обертаються, повідомляє кінетичну енергію вітру генератору, що виробляє струм.

Подібні вітряні станції особливо поширені у Китаї, Індії, США, країнах Західної Європи. Безперечним лідером цієї області вважається Данія, яка, до речі, є піонером вітроенергетики: перші установки з'явилися тут ще наприкінці ХІХ століття. Данія закриває у такий спосіб до 25% всієї потреби в електроенергії.

Китай лише за допомогою вітрогенераторів зумів наприкінці XX століття забезпечити електрикою гірські та пустельні райони.

Використання енергії вітру є, мабуть, найбільш передовим способом енерговидобування. Це ідеальний варіант синтезу, в якому поєднуються альтернативна енергетика та екологія. Багато розвинуті країнисвіту постійно збільшують частку електроенергії, одержаної цим способом, у своєму загальному енергобалансі.

Сонце

Спроби використання сонячного випромінювання для одержання енергії також давно робилися, на даний момент це один із найперспективніших шляхів розвитку альтернативної енергетики. Сам факт того, що сонце в багатьох широтах планети світить цілий рік, передаючи на Землю в десятки тисяч разів більше енергії, ніж споживається людством за рік, надихає на активне використання сонячних станцій.

Більшість найбільших станцій перебувають у США, всього ж геліоенергетика поширена майже у сотні країн. За основу взято фотоелементи (перетворювачі сонячного випромінювання), які об'єднуються у масштабні сонячні батареї.

Тепло Землі

Тепло земних глибинперетворюється на енергію та застосовується для людських потреб у багатьох країнах світу. Теплова енергетика дуже ефективна у районах вулканічної активності, місцях, де багато гейзерів.

Лідерами цієї галузі є Ісландія (столиця країни Рейк'явік повністю забезпечується геотермальною енергією), Філіппіни (частка у загальному балансі – 20%), Мексика (4%), США (1%).

Обмеження щодо використання цього виду джерела пов'язане з неможливістю транспортування геотермальної енергії на відстані (типове локальне джерело енергії).

У Росії поки що діє одна подібна станція (потужність – 11 МВт) на Камчатці. Ведеться будівництво нової станції там же (потужність – 200 МВт).

До десяти найбільш перспективних джерел енергії в недалекому майбутньому входять:

• сонячні станції з базуванням у космосі (основний недолік проекту – гігантські фінансові витрати);
• м'язова сила людини (затребуваність, насамперед – мікроелектронікою);
• енергетичний потенціал припливів та відливів (брак – висока вартість будівництва, гігантські коливання потужності за добу);
• паливні (водневі) контейнери (необхідність будівництва нових заправок, дорожнеча машин, які заправлятимуться ними);
• швидкі ядерні реактори (паливні стрижні занурені в рідкий Na) – технологія вкрай перспективна (можливість повторного використання відпрацьованих відходів);
• біопаливо - вже широко використовується країнами, що розвиваються (Індія, Китай), переваги - відновлюваність, екологічність, недолік - використання ресурсів, землі, призначеної для виробництва сільськогосподарських культур, вигулу худоби (дорожчання, дефіцит їжі);
• атмосферну електрику (акумулювання енергопотенціалу блискавок), основний недолік – мобільність атмосферних фронтів, швидкість розрядів (складність накопичення).

Екологія споживання. Наука і техніка: У той час як більшість концепцій альтернативної енергетики не нова, тільки за останні кілька десятиліть це питання стало нарешті актуальним. Завдяки вдосконаленню технологій та виробництва, вартість більшості форм альтернативної енергії знижувалася, тоді як ефективність зростала.

За останні роки альтернативна енергетика стала предметом пильного інтересу та запеклих дискусій. Під загрозою зміни клімату і того факту, що середні світові температури продовжують зростати з кожним роком, прагнення знайти форми енергії, які дозволять скоротити залежність від викопного палива, вугілля та інших процесів, що забруднюють довкілля, природно зросло.

У той час як більшість концепцій альтернативної енергетики не є новими, тільки за останні кілька десятиліть це питання стало нарешті актуальним. Завдяки вдосконаленню технологій та виробництва, вартість більшості форм альтернативної енергії знижувалася, тоді як ефективність зростала. Що ж таке альтернативна енергетика, якщо говорити простими і зрозумілими словами, і якою є ймовірність того, що вона стане основною?

Очевидно, що залишаються деякі суперечки щодо того, що означає «альтернативна енергія» і до чого цю фразу можна застосувати. З одного боку, цей термін можна зарахувати до форм енергії, які призводять до збільшення вуглецевого сліду людства. Тому він може включати ядерні об'єкти, гідроелектростанції та навіть природний газ та «чисте вугілля».

З іншого боку, цей термін також використовується для позначення того, що нині вважається нетрадиційними методами енергетики – енергії сонця, вітру, геотермальної енергії, біомаси та інших недавніх доповнень. Така класифікація виключає такі методи видобутку енергії, як гідроелектростанції, які існують більше сотні років і є досить поширеним явищем у деяких регіонах світу.

Інший чинник у тому, що альтернативні джерела енергії мають бути «чистими», не виробляти шкідливих забруднюючих речовин. Як зазначалося, це має на увазі найчастіше двоокис вуглецю, проте може відноситися і до інших викидів - моноксиду вуглецю, двоокису сірки, окису азоту та іншим. За цими параметрами ядерна енергія не вважається альтернативним джерелом енергії, оскільки виробляє радіоактивні відходи, які є високо токсичними і повинні зберігатися відповідним чином.

У всіх випадках, однак, цей термін використовується для позначення видів енергії, які прийдуть на зміну викопного палива та вугілля як переважна форма виробництва енергії в найближче десятиліття.

Види альтернативних джерел енергії

Строго кажучи, є багато видів альтернативної енергії. Знову ж таки, тут визначення заходять у глухий кут, тому що в минулому «альтернативною енергетикою» називали методи, використання яких не вважали основним чи розумним. Але якщо взяти визначення в широкому розумінні, до нього увійдуть деякі або всі ці пункти:

Гідроелектроенергія.Це енергія, що виробляється гідроелектричними греблями, коли падаюча і поточна вода (у річках, каналах, водоспадах) проходить через пристрій, що обертає турбіни та електрику.

ядерна енергія.Енергія, що виробляється у процесі реакцій уповільненого поділу. Уранові стрижні або інші радіоактивні елементи нагрівають воду, перетворюючи її на пару, а пара крутить турбіни, виробляючи електрику.

Сонячна енергія.Енергія, яка виходить безпосередньо від Сонця; фотовольтаїчні осередки (які зазвичай складаються з кремнієвої підкладки, вибудовані у великі масиви) перетворюють промені сонця безпосередньо в електричну енергію. У деяких випадках тепло, що виробляється сонячним світлом, використовується для виробництва електрики, це відомо як сонячна теплова енергія.

Енергія вітру.Енергія, що виробляється потоком повітря; гігантські вітряні турбіни крутяться під дією вітру та виробляють електрику.

Геотермальна енергія.Цю енергію виробляє тепло і пара, вироблені геологічною активністю в земної кори. Найчастіше в ґрунт над геологічно активними зонами поміщаються труби, що пропускають пару через турбіни, таким чином виробляючи електрику.

Енергія припливів.Приливна течія у берегових ліній теж може використовуватися для вироблення електрики. Щоденна зміна припливів та відливів змушує воду протікати через турбіни назад та вперед. Виробляється електроенергія, що передається на берегові електростанції.

Біомаса.Це стосується палива, яке одержують із рослин та біологічних джерел - етанолу, глюкози, водоростей, грибів, бактерій. Вони могли б замінити бензин як джерело палива.

Водень.Енергія, одержувана з процесів, що включають газоподібний водень. Сюди входять каталітичні перетворювачі, при яких молекули води розбиваються на частини та з'єднуються у процесі електролізу; водневі паливні елементи, в яких газ використовується для живлення двигуна внутрішнього згоряння або обертання турбіни з підігрівом; або ядерний синтез, за ​​якого атоми водню зливаються в контрольованих умовах, вивільняючи неймовірну кількість енергії.

Альтернативні та відновлювані джерела енергії

У багатьох випадках альтернативні джерела енергії також відновлюються. Тим не менш, ці терміни не повністю взаємозамінні, оскільки багато форм альтернативних джерел енергії покладаються на обмежений ресурс. Наприклад, ядерна енергетика спирається на уран чи інші важкі елементи, які необхідно спершу видобути.

Водночас вітер, сонячна, приливна, геотермальна та гідроелектроенергія покладаються на джерела, які повністю відновлюються. Промені сонця - найбагатше джерело енергії з усіх і, хоч і обмежене погодою та часом доби, є невичерпним з промислової точки зору. Вітер теж нікуди не подіється, завдяки змінам тиску в нашій атмосфері та обертанню Землі.

В даний час альтернативна енергетика все ще переживає свою молодість. Але ця картина швидко змінюється під впливом процесів політичного тиску, всесвітніх екологічних катастроф (посух, голоду, повеней) та покращень у технологіях відновлюваних енергій.

Наприклад, станом на 2015 рік, енергетичні потреби світу, як і раніше, переважно забезпечувалися вугіллям (41,3%) та природним газом (21,7%). Гідроелектростанції та атомна енергетика склали 16,3% і 10,6% відповідно, тоді як «відновлювані джерела енергії» (енергії сонця, вітру, біомаси та ін.) – всього 5,7%.

Це сильно змінилося з 2013 року, коли світове споживання нафти, вугілля та природного газу становило 31,1%, 28,9% та 21,4% відповідно. Ядерна та гідроелектроенергія становили 4,8% та 2,45%, а відновлювані джерела – всього 1,2%.

Крім того, спостерігалося збільшення числа міжнародних угод щодо приборкання використання викопного палива та розвитку альтернативних джерел енергії. Наприклад, Директиву про відновлювану енергію, підписану Євросоюзом у 2009 році, яка встановила цілі щодо використання відновлюваної енергії для всіх країн-учасниць до 2020 року.

За своєю суттю, з цієї угоди випливає, що ЄС задовольнятиме не менше 20% загального обсягу своїх потреб в енергії відновлюваною енергією до 2020 року та щонайменше 10% транспортного палива. У листопаді 2016 року Європейська комісія переглянула ці цілі та встановила вже 27% мінімального споживання відновлюваної енергії до 2030 року.

Деякі країни стали лідерами у сфері розвитку альтернативної енергетики. Наприклад, у Данії енергія вітру забезпечує до 140% потреб країни у електроенергії; надлишки поставляються до сусідніх країн, Німеччини та Швеції.

Ісландія завдяки своєму розташуванню в Північній Атлантиці та її активним вулканам досягла 100% залежності від відновлюваних джерел енергії вже в 2012 році за рахунок поєднання гідроенергетики та геотермальної енергії. У 2016 році Німеччина ухвалила політику поетапної відмови від залежності від нафти та ядерної енергетики.

Довгострокові перспективи альтернативної енергетики є надзвичайно позитивними. Згідно зі звітом 2014 року Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), на фотовольтаїчну сонячну енергію та сонячну теплову енергію припадатиме 27% світового попиту до 2050 року, що зробить її найбільшим джерелом енергії. Можливо, завдяки досягненням у галузі синтезу викопні джерела палива будуть безнадійно застарілими вже до 2050 року. опубліковано

Обмеженість природних запасів і зростаюча складність видобутку викопного палива, разом із глобальним забрудненням довкілля підштовхує людство докладати зусиль у пошуку відновлюваних, альтернативних джерел енергії. Разом із скороченням шкоди екології від нових енергоресурсів очікують мінімальних показників собівартості всіх циклів транспортування, переробки та виробництва.

Призначення альтернативних джерел енергії

Будучи повністю відновлюваним ресурсом чи явищем, альтернативне джерело енергії повністю замінює собою традиційний, що працює на , або . Різні джерела енергії людство використовує давно, але збільшена масштабність їх застосування завдає непоправної шкоди навколишньому середовищу. Веде до викидів в атмосферу великої кількості Вуглекислий газ. Провокує парниковий ефект та сприяє глобальному підвищенню температури. Мріючи про практично невичерпний або повністю відновлюваний енергоресурс, люди зайняті пошуком перспективних способів отримання, використання та подальшої передачі енергії. Звісно, ​​враховуючи екологічний аспект та економічність нових, нетрадиційних джерел.

Надії, пов'язані з нетрадиційними джерелами енергії

Актуальність використання нетрадиційних джерел енергії безперервно зростатиме, вимагаючи прискорення процесів пошуку та впровадження. Вже сьогодні більшість країн на державному рівні змушені впроваджувати програми, які знижують витрату енергії, витрачаючи на це величезні кошти та урізаючи своїх громадян у правах.

Історію не повернути назад. Процеси розвитку суспільства не зупинити. Життя людства більше немислиме без енергоресурсів. Не знайшовши повноцінної альтернативи сучасним, стандартним джерелам енергії, життя соціуму не уявне і гарантовано зайде в глухий кут (див. )

Чинники, які прискорюють використання нетрадиційних енергоресурсів:

1. Глобальна екологічна криза, побудована на утилітарному і без перебільшення - хижацькому ставленні до природних багатств планети. Факт згубного впливу загальновідомий і суперечок не викликає. Людство пов'язує великі надії у вирішенні проблеми, що розростається, саме на альтернативні джерела енергії.
2. Економічна вигода, що знижує витрати на отримання та кінцеву вартість альтернативної енергії.Зменшення термінів окупності будівництва об'єктів нетрадиційної енергетики. Вивільнення великих матеріальних засобів і людського ресурсу, спрямованих для цивілізації (див. ).
3. Соціальна напруженість у суспільстві, викликана зниженням якості життя, зростанням щільності та чисельності населення. Економічною та екологічною обстановкою, постійне погіршення яких призводять до зростання різноманітних захворювань.
4. Кінцівка та постійно зростаюча складність видобутку викопного палива.Ця тенденція неминуче вимагатиме прискорити перехід на .
5. Політичний фактор, що виводить у світові лідери країну, першою, що повноцінно освоїла альтернативну енергетику.

Тільки здійснивши основне призначення нетрадиційних джерел, можна сповна наситити людство, що розвивається необхідною і жадібно споживаною енергією.

Застосування та перспективи розвитку різних видів альтернативних джерел енергії

Основне джерело забезпечення енергетичних потреб нині одержують із трьох видів енергоресурсів: води, органічного палива та атомного ядра (див. ). Необхідний часом процес переходу на альтернативні види рухається повільно, але розуміння необхідності змушує більшістю країн вести розробки енергозберігаючих технологій і активніше впроваджувати свої та загальносвітові напрацювання в життя. З кожним роком дедалі більше відновлюваної енергії людство отримує від сонця, вітру та інших альтернативних джерел. Розберемося, які альтернативні джерела енергії.

Основні види відновлюваної енергетики

Сонячна енергія вважається провідним та екологічно чистим джерелом енергії. На сьогодні для отримання електроенергії розроблено та використовуються термодинамічний та фотоелектричний метод. Підтверджується концепція працездатності та перспективності наноантени. Сонце, будучи невичерпним джерелом екологічно чистої енергії, може забезпечити потреби людства.

Цікавий факт!На сьогодні окупність сонячної електростанції на фотоелементах становить приблизно 4 роки.

Давно та успішно використовується людьми енергія вітру, вітряків. Вчені розробляють нові та вдосконалюють наявні вітряні електростанції. Знижуючи витрати та підвищуючи ККД вітряків. Особливу актуальність вони мають на узбережжях та у місцевостях із постійними вітрами. Перетворюючи кінетичну енергію повітряних мас на дешеву електричну енергію, вітряні електростанції вже сьогодні роблять істотний внесок в енергосистему окремих країн.

Джерела геотермальної енергії використовують невичерпне джерело – внутрішнє тепло Землі. Існує кілька робочих схем, які не змінюють суть процесу. Природну пару очищають від газів і подають у турбіни, що обертають електрогенератори. Подібні установки працюють у всьому світі. Геотермальні джерела дають електрику, гріють цілі міста та висвітлюють вулиці. Але потужність геотермальної енергетики використана дуже мало, а технології одержання мають низький ККД.

Цікавий факт!В Ісландії понад 32% електрики видобувається за допомогою термальних джерел.

Приливна і хвильова енергетика — це спосіб перетворення потенційної енергії руху водяних мас в електричну енергію, що бурхливо розвивається. Маючи високий коефіцієнт перетворення енергії, технологія має великий потенціал. Щоправда, може використовуватися лише на узбережжях океанів та морів.

Процес розкладання біомаси призводить до виділення газу метан, що має у своєму складі. Очищеним, він використовується для вироблення електроенергії, обігріву приміщень та інших господарських потреб. Існують невеликі підприємства, що повністю забезпечують свої енергетичні потреби.

Постійне зростання тарифів на енергоносії змушує власників приватних будинків використовувати альтернативні джерела. У багатьох місцях віддалені присадибні ділянкита приватні господарства зовсім позбавлені можливості, навіть теоретичного підключення до необхідних енергетичних ресурсів.

Основні джерела нетрадиційної енергії, що застосовуються у приватному будинку:

• сонячні батареї та різні конструкції теплових колекторів, що працюють від сонячної енергії;
• вітряні електростанції;
• міні та мікро ГЕС;
• поповнювана енергія з біопалива;
• різноманітні види теплових насосів, які використовують тепло повітря, землі чи води.

Сьогодні, користуючись нетрадиційними джерелами, суттєво скоротити витрати на енергоспоживання не виходить. Але постійно вдосконалюються технології та зниження ціни на пристрої неодмінно призведуть до буму споживчої активності.

Можливості, що надаються альтернативними видами енергій

Людство не уявляє подальшого розвитку без збереження темпів споживання енергії. Але рух у цьому напрямі веде до загибелі довкілля і серйозно позначиться життя людей. Єдиним варіантом, здатним виправити ситуацію, є можливість використання нетрадиційних джерел енергії. Вчені малюють райдужні перспективи, домагаються технологічних проривів у випробуваних та інноваційних технологіях. Уряд багатьох країн, розуміючи вигоди, вкладає великі кошти у дослідження. Розвиває альтернативну енергетику та переводить виробничі потужності на нетрадиційні джерела. На даному етапі розвитку соціуму зберегти планету і забезпечити благополуччя людей можливо лише посилено працюючи з альтернативними джерелами енергії.

Світове використання різних видів альтернативних джерел енергії

Крім потенціалу та ступеня розвитку технології, на ефективності використання різних альтернативних видів енергії впливає інтенсивність джерела енергії. Тому країни, особливо, які мають запаси нафти, посилено розвивають наявні джерела нетрадиційних енергоресурсів.

Напрямок розвитку енергоресурсів, що відновлюються у світі:

• Фінляндія, Швеція, Канада, Норвегія- масове використання сонячних електростанцій;
• Японія- ефективне застосування геотермальної енергії;
• США- суттєві успіхи у розвитку альтернативних джерел енергії у всіх напрямках;
• Австралія- Хороший економічний ефект від розвитку нетрадиційної енергетики;
• Ісландія- обігрів геотермальної енергії Рейк'явіка;
• Данія- Світовий лідер вітрової енергетики;
• Китай- вдалий досвід щодо впровадження та розширення мережі вітрової енергетики, масове використання енергії води та сонця;
• Португалія- ефективне застосування сонячних електростанцій.

У гонку технологій включилося багато розвинених країн, домагаючись на власній території вагомих успіхів. Щоправда, загальносвітове виробництво альтернативної енергії давно тупцює навколо 5% і звичайно виглядає гнітюче.

Використання нетрадиційних джерел енергії у Росії розвинене погано, проти багатьма країнами перебуває в низькому рівні. Стан, що склалося, пояснюється великою кількістю і доступністю копалин енергоносіїв. Однак розуміння малої продуктивності даної позиції та погляд у майбутнє зобов'язує уряд все більше займатися даною проблемою.

Намітились позитивні тенденції. У Білгородській області успішно працює та планується до розширення масив сонячних батарей. Плануються роботи щодо впровадження біоенергетики. У різних регіонах запускаються вітрові електростанції. На Камчатці успішно використовується енергія геотермальних джерел.

Частка нетрадиційних джерел енергії у загальному енергобалансі країни оцінюється дуже приблизно і становить близько 4%, але має теоретично невичерпні можливості розвитку.

Цікаві факти!Калінінградська область має намір стати у Росії лідером видобутку чистої електрики.

Очевидні плюси та мінуси альтернативних джерел енергії

Альтернативні джерела енергії мають безперечні і яскраво виражені переваги. І просто вимагають докладання всіх зусиль на їхнє вивчення.

Плюси альтернативних джерел енергії:

• екологічний аспект (див.);
• невичерпність та відновлюваність ресурсів;
• загальна доступність та широке поширення;
• зниження собівартості з подальшим розвитком технологій.

Потреби людства у безперебійній енергії диктують суворі вимоги до нетрадиційних джерел. І існує реальна можливість усунути недоліки подальшого розвитку технологій.

Існуючі мінуси альтернативних джерел енергії:

• можлива мінливість із залежністю від часу доби та погодних умов;
• незадовільний рівень ККД;
• нерозвиненість технології та висока вартість;
• низька поодинока потужність окремих установок.

Залишається сподіватися, що спроби пошуку ідеального джерела енергії, що поповнюється, увінчаються успіхом. Екологія буде врятована і люди набагато покращать якість життя.

Навіщо щомісяця платити енергокомпаніям за електрику, якщо можна самостійно забезпечувати себе енергією? Усе більше людейу світі розуміє цю істину. І тому сьогодні ми розповімо про 8 незвичайних джерел альтернативної енергії для дому, офісу та відпочинку.

Сонячні панелі у вікнах

Нині найпоширенішим у побуті альтернативним джерелом енергії є сонячні панелі. Традиційно їх встановлюють на дахах приватних будинків чи дворах. Але з недавніх пір стало можливим розміщувати ці елементи прямо у вікнах, що дозволяє використовувати такі батареї навіть власникам звичайних квартир у багатоповерхових будинках.

При цьому вже з'явилися рішення, що дають змогу створювати сонячні панелі з високим рівнем прозорості. Саме такі енергетичні елементи слід встановлювати у вікнах житлових приміщень.

Наприклад, прозорі сонячні панелі розробили спеціалісти з Мічиганського Державного Університету. Ці елементи пропускають 99 відсотків світла, що проходить через них, але мають при цьому коефіцієнт корисної дії в 7%.

Компанія Uprise створила незвичайну вітряну турбіну високої потужності, яку можна використовувати як у побуті, так і у промислових масштабах. Цей вітряк розташовується в причепі, який може пересувати позашляховик або будинок на колесах.

У складеному стані з турбіною Uprise можна їздити дорогами загального користування. Але в розгорнутому стані вона перетворюється на повноцінний вітряк заввишки п'ятнадцять метрів і потужністю 50 кВт.

Uprise можна використовувати під час подорожей у будинку на колесах, щоб забезпечити енергією віддалених об'єктів або звичайних приватних житлових будинків. Встановивши цю турбіну у дворі, її власник може навіть продавати надлишки електрики сусідам.

Makani Power – це проект однойменної компанії, яка нещодавно перейшла у підпорядкування напівсекретної лабораторії інновацій. Ідея даної технології одночасно проста та геніальна. Йдеться про невеликого повітряного змія, який може літати на висоті до одного кілометра та виробляти електрику.

Літальний апарат Makani Power оснащений вбудованими вітряними турбінами, які активно працюватимуть на висоті, де швидкість вітру значно більша, ніж на рівні землі. Отримана енергія у разі передається по шнуру, що з'єднує повітряного змія з базової станцією.

Енергія також вироблятиметься від рухів самого літального апарату Makani Power. Смикаючи під силою вітру трос, цей повітряний змій змусить крутитися динамо-машину, вбудовану в базову станцію.

За допомогою Makani Power можна забезпечити енергією приватні будинки, так і віддалені об'єкти, куди недоцільно проводити традиційну лінію електропередач.

Сучасні сонячні батареї досі мають дуже низький коефіцієнт корисної дії. Тому для отримання від них високих виробничих показників доводиться застилати панелями досить великі простори. Але технологія під назвою Betaray дозволяє збільшити ККД приблизно втричі.

Betaray - це невелика за розмірами установка, яку можна розташувати на подвір'ї приватного будинку або на даху багатоповерхівки. В її основі лежить прозора скляна сфера діаметром трохи менше одного метра. Вона акумулює сонячне світло і фокусує його на невелику фотоелектричну панель. Максимальний ККД даної технології має надзвичайно високий показати в 35 відсотків.

При цьому сама установка Betaray динамічна. Вона автоматично підлаштовується під положення Сонця на небі, щоб будь-якої миті працювати на максимумі можливостей. І навіть уночі ця батарея виробляє електрику, перетворюючи світло від Місяця, зірки та вуличного освітлення.

Дансько-ісландський художник Олафур Еліассон дав старт незвичайному проекту з назвою Little Sun, який поєднує у собі творчий початок, технології та соціальні зобов'язання успішних людей перед знедоленими. Йдеться про невеликий пристрій у вигляді квітки соняшника, які протягом дня наповнюється енергією від сонячного світла, щоб вечорами нести освітлення в темні куточки планети.

Кожен бажаючий може пожертвувати гроші на те, щоб сонячний світильник Little Sun з'явився в житті якоїсь родини з Країни Третього Світу. Лампи Little Sun дозволяють дітям із нетрів і віддалених сіл віддавати вечори під навчання чи читання, без яких неможливий успіх у сучасному суспільстві.

Світильники Little Sun можна також придбати і собі, зробивши їх частиною свого життя. Ці пристрої можна використовувати при виїзді на природу або для створення приголомшливої ​​вечірньої атмосфери на відкритих майданчиках.

Багато скептики посміюються над спортсменами, стверджуючи, що сили під час виконання вправ сили цілком можна використовувати для вироблення електрики. Творці пішли на поводу такої думки і створили перший у світі набір вуличних тренажерів, кожен з яких є маленькою електростанцією.

Перший спортивний майданчик Green Heart з'явився у листопаді 2014 року у Лондоні. Електрика, яку виробляють на ній любителі фізичних вправ, можна використовувати для заряджання мобільних пристроїв: смартфонів або планшетних комп'ютерів

Надлишки енергії майданчик Green Heart відправляє до локальних електромереж.

Парадоксально, але змусити виробляти зелену енергію можна навіть дітей. Адже вони ніколи не проти чогось витворити, якось пограти і розважити себе. А тому голландські інженери створили незвичайні гойдалки з назвою Giraffe Street Lamp, які використовують дитячу непосидючість у процесі виробництва електрики.

Гойдалка Giraffe Street Lamp виробляє енергію в той час, коли ними користуються за прямим призначенням. Розгойдуючись у сидіння, діти чи дорослі стимулюють роботу динамо-машини, вбудованої у цю конструкцію.

Звісно, ​​отриманої електрики не вистачить для повноцінного функціонування приватного житлового будинку. Натомість накопиченої за день ігор енергії цілком достатньо для роботи не дуже потужного вуличного ліхтаря протягом кількох годин після настання сутінків.

Мобільний оператор Vodafone усвідомлює, що його прибутки стають більшими, коли телефони клієнтів працюють цілодобово, а самі їх власники не турбуються про те, де знайти розетку для заряджання акумуляторів свого гаджета. А тому ця компанія спонсорувала розробку незвичайної технології під назвою Power Pocket.

Пристрої на основі технології Power Pocket повинні бути якомога ближче до тіла людини, щоб використовувати його тепло для виробництва електроенергії для побутових потреб.

На даний момент, на основі технології Power Pocket створено два практичні товари: шорти та спальний мішок. Вперше вони були випробувані під час музичного фестивалю Isle of Wight Festival у 2013 році. Досвід виявився вдалим, однієї ночі людини у такому спальному мішку виявилося достатньо, щоб зарядити акумулятор смартфона приблизно на 50 відсотків.

У цьому огляді ми розповіли лише про ті альтернативні джерела енергії, які можна використовувати в побутових потребах: вдома, в офісі або під час відпочинку. Але є ще чимало неординарних сучасних зелених технологій, розроблених для використання в промислових масштабах. Про них можна прочитати в огляді.

Для вирішення проблеми обмеженості викопних видів палива дослідники у всьому світі працюють над створенням та впровадженням в експлуатацію альтернативних джерел енергії. І йдеться не тільки про всі відомі вітряки та сонячні батареї. На зміну газу та нафти може прийти енергія від водоростей, вулканів та людських кроків. Recycle вибрав десять найцікавіших та екологічно чистих енерго-джерел майбутнього.

Джоулі з турнікетів

Тисячі людей щодня проходять через турнікети на вході на залізничні станції. Відразу в кількох дослідницьких центрах світу з'явилася ідея використовувати потік людей як інноваційний генератор енергії. Японська компанія East Japan Railway Company вирішила оснастити кожен турнікет на залізничних станціях генераторами. Установка працює на вокзалі в токійському районі Сібуя: у підлогу під турнікетами вбудовані п'єзоелементи, які виробляють електрику від тиску та вібрації, яку вони одержують, коли люди наступають на них.

Інша технологія «енерго-турнікетів» вже використовується в Китаї та Нідерландах. У цих країнах інженери вирішили використати не ефект натискання на п'єзоелементи, а ефект штовхання ручок турнікету або дверей-турнікетів. Концепція голландської компанії Boon Edam передбачає заміну стандартних дверцят при вході в торгові центри (які зазвичай працюють за системою фотоелемента і самі починають крутитися) на двері, які відвідувач повинен штовхати і таким чином виробляти електроенергію.

У голландському центрі Natuurcafe La Port такі двері-генератори вже з'явилися. Кожна з них виробляє близько 4600 кіловат-годину енергії на рік, що на перший погляд може здатися незначним, але є непоганим прикладом альтернативної технології вироблення електрики.

Водорості опалюють будинки

Водорості стали розглядатися як альтернативне джерело енергії відносно недавно, але технологія, на думку експертів, дуже перспективна. Досить сказати, що з 1 га площі водної поверхні, зайнятої водоростями, на рік можна отримувати 150 тисяч кубометрів біогазу. Це приблизно дорівнює обсягу газу, який видає невелика свердловина, і достатньо для життєдіяльності невеликого селища.

Зелені водорості прості у змісті, швидко ростуть та представлені безліччю видів, що використовують енергію сонячного світла для здійснення фотосинтезу. Усю біомасу, чи то цукру чи жири, можна перетворити на біопаливо, найчастіше на біоетанол і біодизельне паливо. Водорості — ідеальне еко-паливо, тому що ростуть у водному середовищі і не вимагають земельних ресурсів, мають високу продуктивність і не завдають шкоди навколишньому середовищу.

За оцінками економістів, до 2018 року глобальний оборот від переробки біомаси морських мікроводоростей може становити близько 100 млрд доларів. Вже існують реалізовані проектина водоростевому паливі — наприклад, 15-квартирний будинок у німецькому Гамбурзі. Фасади будинку покриті 129 акваріумами з водоростями, що є єдиним джерелом енергії для опалення та кондиціонування будівлі, що отримала назву Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачі поліцейські» висвітлюють вулиці

Концепцію вироблення електроенергії за допомогою так званих «лежачих поліцейських» почали реалізовувати спочатку у Великій Британії, потім у Бахрейні, а незабаром технологія дійде і до Росії.Все почалося з того, що британський винахідник Пітер Х'юс створив дорожню рампу, що «Генерує» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобільних доріг. Рампа являє собою дві металеві пластини, що трохи піднімаються над дорогою. Під пластинами закладено електричний генератор, який виробляє струм щоразу, коли автомобіль проїжджає через рампу.

Залежно від ваги машини рампа може виробляти від 5 до 50 кіловат протягом часу, доки автомобіль проїжджає рампу. Такі рампи в якості акумуляторів здатні живити електрикою світлофори і дорожні знаки, що підсвічуються. У Великій Британії технологія працює вже у кількох містах. Спосіб почав поширюватися і на інші країни, наприклад, на маленький Бахрейн.

Найдивовижніше, що щось подібне можна буде побачити й у Росії. Студент із Тюмені Альберт Бранд запропонував таке ж рішення щодо вуличного освітлення на форумі «ВНЗЕкспо». За підрахунками розробника, щодня «лежачими поліцейськими» у його місті проїжджає від 1000 до 1500 машин. За один «наїзд» автомобіля по обладнаному електрогенератором «лежачому поліцейському» вироблятиметься близько 20 Вт електроенергії, що не завдає шкоди навколишньому середовищу.

Більше, ніж просто футбол

Розроблений групою випускників Гарварда, засновників компанії Uncharted Play, м'яч Soccket може за півгодини гри у футбол згенерувати електроенергію, якої достатньо, щоб кілька годин підживлювати LED-лампу. Soccket називають екологічно чистою альтернативою небезпечним джерелам енергії, які нерідко використовують мешканці малорозвинених країн.

Принцип акумулювання енергії м'ячем Soccket досить простий: кінетична енергія, що утворюється від удару по м'ячу, передається крихітному механізму, схожому на маятник, який рухає генератор. Генератор виробляє електроенергію, що накопичується в акумуляторі. Збережена енергія може бути використана для живлення будь-якого невеликого електроприладу, наприклад, настільної лампи зі світлодіодом.

Вихідна потужність Soccket складає шість ватів. М'яч, що генерує енергію, вже завоював визнання світової спільноти: отримав безліч нагород, був високо оцінений організацією Clinton Global Initiative, а також отримав хвалебні відгуки на відомій конференції TED.

Прихована енергія вулканів

Одна з головних розробок у освоєнні вулканічної енергії належить американським дослідникам із компаній-ініціаторів AltaRock Energy та Davenport Newberry Holdings. «Випробовуваним» став сплячий вулкан у штаті Орегон. Солона вода закачується глибоко в гірські породи, температура яких завдяки розпаду радіоактивних елементів, що є в корі планети, і найгарячішої мантії Землі дуже висока. При нагріванні вода перетворюється на пару, яка подається в турбіну, що виробляє електроенергію.

На даний момент існують лише дві невеликі діючі електростанції подібного типу - у Франції та Німеччині. Якщо американська технологія почне працювати, то, за оцінкою Геологічної служби США, геотермальна енергія потенційно здатна забезпечити 50% необхідної країні електрики (сьогодні її внесок становить лише 0,3%).

Інший спосіб використання вулканів для отримання енергії запропонували у 2009 році ісландські дослідники. Поруч із вулканічними надрами вони виявили підземний резервуар води з аномально високою температурою. Супер-гаряча вода знаходиться десь на межі між рідиною та газом і існує тільки за певних температур і тиску.

Вчені могли генерувати щось подібне до лабораторії, але виявилося, що така вода зустрічається і в природі — у надрах землі. Вважається, що з води «критичної температури» можна отримати вдесятеро більше енергії, ніж з води, доведеної до кипіння класичним чином.

Енергія з тепла людини

Принцип термоелектричних генераторів, що працюють на різниці температур, відомий давно. Але лише кілька років тому технології стали дозволяти використовувати як джерело енергії тепло людського тіла. Група дослідників із Корейського провідного науково-технічного інституту (KAIST) розробила генератор, вбудований у гнучку скляну пластинку.

Т Який гаджет дозволить фітнес-браслетам заряджатися від тепла людської руки - наприклад, у процесі бігу, коли тіло сильно нагрівається і контрастує з температурою навколишнього середовища. Корейський генератор розміром 10 на 10 сантиметрів може виробляти близько 40 мл енергії при температурі шкіри в 31 градус Цельсія.

Схожу технологію взяла за основу молода Енн Макосінскі, яка вигадала ліхтарик, що заряджається від різниці температур повітря та людського тіла. Ефект пояснюється використанням чотирьох елементів Пельтьє: їх особливістю є здатність виробляти електрику при нагріванні з одного боку та охолодженні з іншого боку.

У результаті ліхтарик Енн виготовляє досить яскраве світло, але не вимагає батарей-акуумуляторів. Для його роботи необхідна лише температурна різниця всього п'ять градусів між ступенем нагрівання долоні людини та температурою в кімнаті.

Кроки «розумною» тротуарною плиткою

На будь-яку точку однієї з жвавих вулиць припадає до 50 000 кроків на день. Ідея використати пішохідний потік для корисного перетворення кроків в енергію була реалізована у продукті, розробленому Лоуренсом Кембол-Куком, директором британської Pavegen Systems Ltd. Інженер створив тротуарну плитку, що генерує електроенергію з кінетичної енергії пішоходів, що гуляють.

Пристрій в інноваційній плитці виготовлений з гнучкого водонепроникного матеріалу, який при натисканні прогинається приблизно на п'ять міліметрів. Це, своєю чергою, створює енергію, яку механізм перетворює на електрику. Накопичені вати або зберігаються в літієвому полімерному акумуляторі, або одразу йдуть на освітлення автобусних зупинок, вітрин магазинів та вивісок.

Сама плитка Pavegen вважається абсолютно екологічно чистою: її корпус виготовлений із нержавіючої сталі спеціального сорту та переробленого полімеру з низьким вмістом вуглецю. Верхня поверхня виготовлена ​​з використаних шин, завдяки цьому плитка має міцність і високу стійкість до стирання.

Під час проведення літньої Олімпіади у Лондоні у 2012 році плитку встановили на багатьох туристичних вулицях. За два тижні вдалося отримати 20 мільйонів джоулів енергії. Цього вистачило для роботи вуличного освітлення британської столиці.

Велосипед, що заряджає смартфони

Щоб підзарядити програвач, телефон або планшет, необов'язково мати під рукою розетку. Іноді достатньо лише покрутити педалі. Так, американська компанія Cycle Atom випустила світ пристрій, що дозволяє заряджати зовнішній акумулятор під час їзди на велосипеді і згодом заряджати мобільні пристрої.

Продукт, названий Siva Cycle Atom, є легким велосипедним генератором з літієвим акумулятором, призначеним для живлення практично будь-яких мобільних пристроїв, що мають порт USB. Такий міні-генератор може бути встановлений на більшості звичайних велосипедних рам протягом лічені хвилини. Сам акумулятор легко знімається для наступного заряджання гаджетів. Користувач займається спортом і крутить педалі — через пару годин його смартфон вже заряджений на 100 поцентів.

Компанія Nokia також представила широкому загалу гаджет, що приєднується до велосипеда і дозволяє переводити кручення педалей у спосіб напівчегія екологічно безпечної енергії. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit має динамо-машину, невеликий електричний генератор, який використовує енергію від обертання коліс велосипеда і заряджає телефон через стандартний двоміліметровий роз'єм, поширений у більшості телефонів Nokia.

Користь від стічних вод

Будь-яке велике місто щодня скидає у відкриті водоймища гігантську кількість стічних вод, що забруднюють екосистему. Здавалося б, отруєна нечистотами вода вже нікому не може стати в нагоді, але це не так — вчені відкрили спосіб створювати на її основі паливні елементи.

Одним із піонерів ідеї став професор Університету штату Пенсільванія Брюс Логан. Загальна концепція дуже складна для порозуміння неспеціаліста і побудована на двох стовпах - застосуванні бактеріальних паливних осередків та встановлення так званого зворотного електродіалізу. Бактерії окислюють органічну речовину в стічних водах і виробляють у процесі електрони, створюючи електричний струм.

Для виробництва електрики може використовуватися майже будь-який тип органічного відхідного матеріалу - не тільки стічні води, а й відходи тваринництва, а також побічні продукти виробництв у виноробстві, пивоварінні та молочній промисловості. Що стосується зворотного електродіалізу, то тут працюють електрогенератори, розділені мембранами на комірки і витягають енергію з різниці в солоності двох потоків рідини, що змішуються.

«Паперова» енергія

Японський виробник електроніки Sony розробив і представив на Токійській виставці екологічно чистих продуктів біогенератор, здатний виробляти електроенергію з дрібно нарізаного паперу. Суть процесу полягає в наступному: для виділення целюлози (це довгий ланцюг цукру глюкози, що знаходиться в зелених рослинах) необхідний гофрований картон.

Ланцюг розривається за допомогою ферментів, а утворена від цього глюкоза піддається обробці іншою групою ферментів, за допомогою яких вивільняються іони водню та вільні електрони. Електрони прямують через зовнішній ланцюг для вироблення електроенергії. Передбачається, що подібна установка в ході переробки одного аркуша паперу розміром 210 на 297 мм може виробити близько 18 Вт на годину (приблизно стільки енергії виробляють 6 батарейок AA).

Метод є екологічно чистим: важливою перевагою такої «батарейки» є відсутність металів та шкідливих хімічних сполук. Хоча зараз технологія ще далека від комерціалізації: електрики виробляється досить мало - його вистачає лише на живлення невеликих портативних гаджетів.