Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Виды нетрадиционных источников энергии: Виды альтернативной энергетики. Справка — РИА Новости, 13.11.2009

Содержание

Альтернативная энергия | источники, виды, использование

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

 

Что такое альтернативная энергия?

альтернативные источники энергии

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.


Ресурсы возобновляемой энергии


  • Солнечный свет
  • Водные потоки
  • Ветер
  • Приливы
  • Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (недра Земли)

 

Альтернативные виды энергии


1. Солнечная энергия

альтернативный источник энергии солнца

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.

 

2. Ветроэнергетика

ветряные мельницы

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

 

3. Гидроэнергия

гидроэлектростанция

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

 

4. Волновая энергетика

волновая электростанция wave star energy

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

 

5. Энергия приливов и отливов

приливная электростанция

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

 

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

гидротермальная станция

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

 

7. Энергия жидкостной диффузии

осмотическая станция

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

 

8. Геотермальная энергия

геотермальная станция в исландии

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

 

9. Биотопливо

дрова биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
  • Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

 

Плюсы и минусы альтернативной энергии

работник изучает солнечные батареи

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.


Преимущества:


  • Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:


  • Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
  • Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
  • Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
  • Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

 

Возобновляемая энергия в мире

солнечные батареи в Китае

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.


Германия


40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.


Исландия


У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.


Швеция


После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.


Китай


В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

 

Альтернативная энергия в Россиисаяно-шушенская гэс

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

 

Виды возобновляемой энергии в России


Солнечная энергия


Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.


Ветровая энергетика


Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».


Гидроэнергетика


Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».


Геотермальная энергетика


За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.


Биотопливо


Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

 

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

монтаж солнечной батареи

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.


First Solar Inc.


Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.


Vestas Wind Systems A/S


Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.


Atlantica Yield PLC


Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.


ABB Ltd. Asea Brown Boveri


Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.


Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?


Нетрадиционные источники энергии

Структура нетрадиционных источников энергии и обоснованная необходимость в их применении

Определение 1

К нетрадиционным (альтернативным) источникам энергии относят:

  • энергию Солнца, ветра, воды (приливов, морских волн),
  • геотермальную и водородную энергию,
  • энергию биомассы.

Интерес к этим источникам энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях они неограниченны, экономически выгодны, оказывают на природную среду щадящее воздействие.

Предпосылками необходимости найти нетрадиционные источники энергии, чистые, безопасные, дешевые, стали углубляющийся энергетический кризис, ухудшение экологической ситуации, вызванное, в том числе, и потреблением традиционных источников энергии.

Солнечная энергетика

По экономическим, экологическим, ресурсным критериям, а также по показателям безопасности солнечная энергия в ряду альтернативных источников занимает одно из первых мест, ее использование имеет долгосрочную перспективу.

Замечание 1

Подсчитано, что объем солнечной энергии, поступающей в течение трех дней на территорию РФ, превышает объем энергии, сопоставимый с выработкой электроэнергии в масштабах страны за год.

Готовые работы на аналогичную тему

К преимуществам солнечной энергетики относятся: возобновляемость, огромный потенциал, неисчерпаемость, доступность, бесшумность, экономичность, небольшие расходы при эксплуатации. Особенно важно, что производство и использование солнечных электростанций сопровождается минимальными (почти что нулевыми) по сравнению с традиционными источниками энергии выбросами в природную среду.

Энергия ветра

Ветровые электростанции – перспективный способ получения энергии, особенно в тех местах, где направление ветра постоянно.

Способ получения такой энергии не загрязняет природную среду. Однако прослеживается зависимость от непостоянства направлений и силы ветра. Хотя эту зависимость есть возможность частично сгладить установкой маховиков и разнообразных аккумуляторов.

Но строительство, содержание, ремонт ветровых электростанций обходится недешево. К тому же эксплуатация их сопровождается шумом, мешает птицам и насекомым, отражает радиоволны вращающимися частями.

Энергия воды

В структуру гидроэнергетики, использующей энергию водных ресурсов, входят гидроэлектростанции, малые гидроэлектростанции, приливные электростанции, волновые электростанции.

Для работы гидроэлектростанций необходимо сооружение плотины и водохранилища (гарантия обеспеченности водой). Основное преимущество гидроэнергетики – использование возобновляемой энергии.

Эксплуатация гидроэлектростанций не загрязняет природную среду, однако под водохранилища отчуждаются земли (часто плодородные). Плотины часто перекрывают рыбам путь к нересту.

Геотермальная энергия (тепло Земли)

Представляет практический интерес применение геотермальной энергии, использующей тепло Земли, в виде геотермальных станций. Кроме этого, подаваемые горячие подземные воды могут обогревать здания, теплицы. Для получения геотермальной энергии не нужно сжигать топливо, поскольку природный пар непосредственно используется для получения электроэнергии.

Геотермальная электростанция может вырабатывать электроэнергию из тепловой энергии гейзеров и других подземных источников. Гидроэлектростанции могут составить конкуренцию в регионах, где отпускная цена на электроэнергию высокая.

Водородная энергетика

Водородная энергетика, интерес к которой возрос за последнее время, основана на использовании водорода в качестве топлива.

Очевидно преимущество выбора водорода в качестве энергоносителя: экологическая безопасность (продукт его сгорания – вода), он не токсичен, не представляет опасности для человека и животных.

К недостаткам относятся:

  • получение вещества с затратой иных энергоносителей – нефти, газа, электричества,
  • высокая угроза образования взрывов – главный аргумент противников водородной энергетики.

Замечание 2

Следуя современным технологиям, возможно получать качественное топливо, имеющее высокий коэффициент теплоотдачи. Перспектива за разработкой проектов современных водородных электростанций и установок на топливных элементах.

Биоэнергетика

Сегодня большинство биоэлектростанций напоминает тепловые электростанции.

Основное отличие от традиционных ТЭЦ – применение биотоплива, которое получают в процессе переработки биологических отходов.

В стадии разработки проекты, использующие в качестве биотоплива целлюлозу, органические отходы, осадки канализационных стоков, продукты жизнедеятельности животных (навоз) и газ метан, выделяющийся при переработке отходов животноводческих хозяйств. На практике сегодня биоэлектростанции используют чаще всего отходы древесины.

виды, нетрадиционная энергетика для частного дома

Традиционная энергетика основана на тепловых и атомных станциях, а также на гидроэлектростанциях, что существенно вредит природе, опасно для окружающей среды и человека.

Шагом в будущее признаются альтернативные источники энергии, которые не требуют расходования полезных ископаемых и основаны на экологически чистых принципах работы. В них максимально задействованы нескончаемые возобновляемые природные энергетические запасы.

foto 1foto 1

Откуда можно получать энергию?

Альтернативными энергетическими источниками признаются технологии и устройства, чей принцип действия не основывается на сжигании полезных ископаемых и иных традиционных способах, но которые позволяют получить электрическую энергию или другой, необходимый вид энергии – механическую, тепловую.

Основная цель такой энергетики – независимость от углеводородного топлива, исключение риска истощения залежей полезных ископаемых, исключение вредных выбросов в атмосферу и снижение парникового эффекта.

Где спрятаны огромные энергетические ресурсы нашей планеты? Обращают на себя внимание неисчерпаемые природные возможности:

  1. Солнечная энергия. Она способна нагревать, освещать, служить катализатором химических реакций, вызывать фотоэффект. Возникает задача рационально преобразовывать солнечную энергию в необходимые виды и накапливать энергию для круглосуточного использования.
  2. Ветер. Он имеет большой энергетический потенциал, который способен вращать специальные конструкции, способные генерировать электроэнергию.
  3. Энергия Земли. Огромные запасы тепла хранят в себе недра нашей планеты. Геотермальные источники могут стать поставщиком необходимой тепловой или электрической энергии при правильном использовании.
  4. Энергия воды. ГЭС давно служат человечеству, но они требуют перекрывания русла рек плотинами, что вносит заметный вклад в изменение природы. Неисчерпаемые энергетические возможности обнаруживают приливно-отливные морские процессы, которые иногда приносят только беды человеку. Если эту энергию использовать для вращения турбин, то можно обеспечить себя электроэнергией.
  5. Биологическая энергия. В процессе гниения биологических масс (навоз, элементы растений, погибшие организмы) выделяется газ, основу которого составляет метан. Этот биогаз можно задействовать для выработки электричества и обогрева. Данная технология позволяет использовать отходы животноводства с большой пользой. На базе биомассы уже создается жидкое (биодизель, этанол) и твердое (биобрикеты и пеллеты) топливо.
  6. Природный температурный градиент. Перепад температур, возникающий в естественных условиях, с пользой используется в тепловых насосах.

foto 2foto 2

Виды источников

Как можно использовать альтернативные источники? При правильном подходе можно получить такие виды энергии:

  • Электроэнергия. Альтернативная энергия дает возможность создания электрических аккумуляторов, строительства тепловых и гидроэлектростанций.
  • Тепловая энергия. Обогрев домов, теплиц, производственных сооружений можно осуществлять непосредственно от природных источников, что уже находит широкое применение.
  • Транспорт. Биотопливо способно приводить в движение двигатели транспортных средств. Если в настоящее время такой подход больше похож на эксперимент, то в будущем у него отмечаются хорошие перспективы.
  • Механическая энергия. С древних времен вода приводила в движение жернова мельниц. При современной технике альтернативные источники способны двигать конструкции самого разного назначения.

Использование солнечного излучения

Энергия солнца может преобразовываться в электрическую и тепловую энергию. Для этого используются фотоэлектрические и термодинамические способности солнечных лучей. На первом механизме основывается принцип действия солнечных батарей, в которых с помощью фотоэлектрических преобразователей энергия фотонов трансформируется в электричество.

Термодинамика солнечного источника задействована в коллекторах, которые способны накапливать тепловую энергию, вырабатываемую под воздействием солнечных лучей.

foto 3foto 3

Основной недостаток солнечной энергетики связан с зависимостью излучения от времени суток, сезона и погодных условий. Для бесперебойной работы такого источника возникает необходимость аккумулирования энергии в период максимальной излучательной интенсивности.

foto 3foto 3

Строительство солнечных электростанций и ТЭЦ должно учитывать климатические и метеорологические особенности региона.

Солнечные батареи

Солнечная батарея или фотоэлектрический генератор представляет собой комплект моделей в виде двухслойного полупроводникового элемента, в котором происходит преобразование световой энергии в электрическую за счет фотоэффекта.

Современные фотоэлементы имеют достаточный срок службы и просты в обслуживании. Они накапливают энергию в течение всего времени попадания на них солнечных лучей, а затем постепенно отдают ее в виде электрического тока беспрерывно (пока хватает запасов). Так обеспечивается их работа и в темное время суток.

foto 3foto 3

Важно. Для бесперебойной работы батарей должна обеспечиваться достаточная продолжительность светлого времени суток. Кроме того, их нельзя нагревать выше 110-120 ºС, а для устранения влияния осадков надо установить наклонно (примерно под углом 45º).

К преимуществу солнечных батарей относится экологическая чистота, возможность выработки энергии в труднодоступных местах (даже в космосе). Недостатки связаны с малой суммарной мощностью установок и высокой стоимостью солнечных электростанций.

Солнечные коллекторы

foto 5foto 5Солнечный коллектор представляет собой устройство, преобразующее солнечное излучение в тепловую энергию.

Принцип их действия основан на нагревании теплоносителя, с последующим направлением тепловой энергии на отопление или выработку электричества (теплоэлектростанция).

Выделяются несколько типов таких устройств.

Воздушные

Это наиболее простой вариант рассматриваемой системы. В основе конструкции закладывается пластина из материала с высокой теплопроводностью, которая покрыта прозрачным, теплоизоляционным слоем.

Солнечные лучи проходят через защитный слой, разогревая базовый элемент. Далее тепло передается на конвектор, где потоком воздуха направляется на обогрев помещения или тепловой электрогенератор.

Главный недостаток – работа только в светлое время суток, а потому воздушные коллекторы обычно совмещаются с ТЭНами, что позволяет существенно экономить электроэнергию.

Плоские

Их задача нагреть теплоноситель. В конструкцию устройства входит поглотитель солнечной энергии, трубопровод и термоизоляция. Поглотитель часто делается из стекла с определенным содержанием металла. Внутри установки он соединяется с трубопроводом, по которому пропускается теплоноситель.

Нагреваемый трубопровод может выполняться в решетчатой или серпантиноообразной форме и изготавливается из металла с повышенной теплопроводностью (медь, алюминий).

Трубчатые или вакуумные

Основу конструкции составляют 2 трубки из стекла боросиликатного типа, которые вставлены друг в друга. Внутренняя трубка выполняется с покрытием веществом с повышенным теплопоглощением. В межтрубном пространстве обеспечивается вакуум.

Теплоноситель циркулирует по центральному каналу. Такая конструкция обеспечивает достаточно высокий КПД и возможность работы при морозе. Даже при повышенной облачности такой коллектор будет работать за счет поглощения инфракрасных лучей.

foto 6foto 6

Ветрогенераторы

Ветроэнергетика начинает широко внедряться во многих странах мира, чему способствует экологичность таких систем и огромная сила ветра. Он помогает привести в движение лопасти ветрогенераторов, с помощью которых механическая энергия ветра преобразуется в электричество.

Такая установка включает двигатель с ветряным приводом, электрогенератор, автоматическую систему регулировки и контроля, а также конструкцию, позволяющую поднять установку на оптимальную высоту.

Основу привода двигателя составляет многолопастные элементы, которые раскручиваются в потоке ветра – пропеллеры, «ромашки», роторы вертикального типа и т.п. Различаются горизонтальные и вертикальные устройства, различающиеся расположением оси вращения турбины.

Наибольшее распространение находит система с горизонтальной осью и трехлопастным пропеллером, установленным в вертикальной плоскости. Она способна работать даже при небольшом ветре.

Каждый ветрогенератор имеет небольшую мощность, а потому для создания электростанции требуется достаточно большое количество установок, что требует больших площадей. Эксплуатация такой станции возможна только при наличии ветра, а ее эффективность зависит от силы ветра.

Полная зависимость в этом отношении от природы составляет важный недостаток ветрогенераторов. К плюсам надо отнести то обстоятельство, что ветер дует практически везде, а значит вырабатывать электроэнергию для небольшого потребителя можно в любом месте.

Энергия Земли, воды и воздуха

foto 7foto 7Известный закон физики гласит, что тепловой поток всегда устремляется от теплой среды к более холодной.

Именно этот механизм и закладывается в установках для обогрева помещений. Задачу отбора энергии у окружающей среды решают тепловые насосы.

По своей сути, тепловой насос представляет собой установку, которая способна использовать природную энергию для получения тепла или холода в зависимости от назначения.

Устройство можно применить для обогрева помещения, в качестве кондиционера или нагревателя воды.

Принцип действия теплового насоса основан на наличии температурного градиента, обеспечивающего тепловой поток. Он реализуется за счет хладагента, испаряющегося при нагревании. Процесс испарения происходит в камере с пониженной температурой и давлением. При перемещении хладагента в камеру с повышенным значением указанных параметров, он отдает полученная извне тепло.

Установка содержит такие элементы, как компрессор, капиллярную трубку, испарительную и конденсаторную камеру. Все устройство во многом похоже на обычный бытовой холодильник и работает за счет перемещения хладагента внутри замкнутой системы.

Как обогреть помещение?

На практике задействованы разные альтернативные источники. Исходя из способа отбора энергии, выделяются тепловые насосы таких типов:

  1. Воздушный тип. По своей конструкции он аналогичен кондиционеру, забирающему энергию из окружающего воздуха. Главное отличие – тепловой насос имеет гораздо большую мощность по сравнению с обычными сплит-системами. Он имеет очень высокую эффективность при температуре воздуха выше 25-28 ºС. Основной недостаток – существенное снижение КПД при опускании температуры ниже 12 ºС.
  2. Система «вода-вода». Источником тепла становятся естественные водоемы, грунтовые или сточные воды. На глубине, где вода не замерзает, температура не опускается ниже 4-6 ºС, что дает возможность задействовать тепловой насос. Испарительный контур устройства можно расположить на дне реки, озера, колодца. В подземных водах температура не падает ниже 7-10 ºС, что вполне достаточно для обеспечения работы испарительной камеры.
  3. Система «воздух-вода». В этой установке энергия берется из окружающего воздуха, а в качестве теплоносителя используется вода, которая циркулирует в отопительной системе. Данный тепловой насос достаточно эффективен при температуре воздуха выше 12-14 ºС.
  4. Система «земля-вода». Установка работает аналогично предыдущему варианту, но испарительная камера размещается под землей.

foto 8foto 8

foto 3foto 3

Справка. Несмотря на то, что требуются затраты на электроэнергию, питающую компрессор, тепловые насосы достаточно эффективны. На каждый 1 кВт затраченной электроэнергии можно получить до 5-6 кВт тепловой энергии. Использование электрогенератора мощностью не более 3-4 кВт позволяет обогреть дом площадью более 280 м².

Биогазовые установки

Биогазовые установки основываются на использовании анаэробного брожения. В результате разложения биологической массы выделяется смесь газов, основу которой составляет метан. Его вполне можно считать аналогом природного газа, который используется, как топливо для тепловых электрогенераторов.

Технология

Технология получения биогаза базируется на введении определенных бактерий, которые активизируют процесс брожения. В качестве сырья можно использовать практически любые билогические отходы – остатки пищи, отходы животноводческих и птицеводческих ферм, опавшую листву, траву, водоросли и т.п.

Биогаз (биометан) можно использовать для получения электрического тока, обогрева помещения, нагрева воды, использовать в качестве автомобильного топлива.

Принцип работы

Выработка газа обеспечивается в биогазовых установках. Основу их конструкции составляет реактор в виде герметичной емкости с искусственным подогревом, без доступа воздуха. В него периодически загружается биологическое сырье и запускаются полезные бактерии.

foto 9foto 9

Подогрев массы производится до 34-38 ºС. Выделяемый газ направляется в накопитель – газгольдер. После очистки через систему фильтров он поступает в газовый котел или газовый электрогенератор.

Преимуществом биоэнергетики является использование вторичного сырья и возможность утилизации отходов с большой пользой. Недостатки ее аналогичны проблемам, возникающим в электростанциях, работающих на природном газе. Прежде всего, выделяется риск парниковых эффектов.

Новаторские идеи для частного дома

Популярность экологически чистой альтернативной энергетики требует совершенствования способов ее осуществления. Можно выделить такие технологии, которые направлены в будущее

  1. АэроГЭС. Принцип действия основан на получении конденсата из облаков, тумана, влажной атмосферы. Уже запущены такие опытные установки.
  2. Энергия грозы. Перед учеными ставится задача поимки разряда молний и направления его в линии электросетей.
  3. Водород. Это один из самых распространенных химических элементов и его активное использование в энергетике может вызвать настоящую революцию. На стадии разработки находятся водородные двигатели и установки для получения биоводорода.
  4. Биогаз второго поколения. Более эффективные и чистые составы получаются путем современных пиролизных технологий. Уже сейчас на опытных установках получается метанол, этанол, биодизель.
  5. Космическая энергетика. Получение электричества с помощью фотоэлементов в космосе с последующей передачей его путем микроволнового излучения сейчас кажется фантастикой. Однако перспективы у такого направления огромны.

foto 11foto 11

Заботы о состоянии атмосферы и всей планеты в целом, а также ожидание исчерпания запасов углеводородного топлива заставляет всерьез относиться к альтернативной энергетике.

Запасы энергии в природе неисчерпаемы. Важно найти наиболее оптимальный подход и выбрать лучший, эффективный вариант получения необходимой энергии.

foto 3foto 3

Полезные видео

Посмотрите реальный проект по внедрению альтернативных источников энергии в частном доме, характеристики, свойства и цены:


Обеспечение полной энергонезависимости частного дома солнечными фотомодулями (панелями) и ветрогенератором, как происходила установка, какой объем вырабатываемой энергии, смотрим:

Нетрадиционная энергетика своими руками, как добывают бесплатную энергию самостоятельно, смотрим:

Использование альтернативных источников энергии — АСГАРД-Сервис

В связи с неумолимым уменьшением запасов и достаточно высокой стоимостью традиционных источников энергии: нефти, газа и угля, а также образованием парникового эффекта из-за их использования, происходят изменения в энергетической политике. Все большему количеству стран приходится вести исследования, связанные с альтернативными источниками энергии.

Что называют альтернативными источниками энергии?

Альтернативными источниками энергии называют вид экологически чистых, возобновляемых ресурсов, преобразование которых приводит к получению человеком электрической и тепловой энергии, используемой для собственных нужд. Данные источники представлены:

  • энергией ветра и солнца,
  • водами рек и морей,
  • теплом поверхности земли,
  • а также биотопливом, для получения которого используют биологическую массу растительного и животного происхождения.

О видах альтернативной энергетики

В соответствии с источником энергии, преобразование которого способствует получению человеком электрической и тепловой энергии, используемой в повседневном быту, существует классификация альтернативной энергетики. Виды альтернативной энергетики соответствуют способам ее генерации и типам установок, используемых для данных целей.

Энергия солнца

В основе солнечной энергетики лежит преобразование солнечной энергии, способствующее получению электрической и тепловой энергии. Электрическую энергию получают благодаря физическим процессам, происходящим в полупроводниках, на которые воздействуют солнечные лучи. Тепловую энергию получают благодаря

определенным свойствам, характерным жидкостям и газам.

Генерацию электрической энергии осуществляют с помощью комплектования солнечных электростанций, основанных на солнечных батареях (панелях), изготавливаемых с использованием кристаллов кремния. Тепловые установки основаны на солнечных коллекторах, где происходит образование тепловой энергии теплоносителя из энергии солнца. Уровень мощности данных установок соответствует количеству и мощности конкретных устройств, которые установлены на солнечных и тепловых станциях.

Энергия ветра

В основе ветровой энергетики лежит процесс преобразования кинетической энергии, имеющейся у воздушных масс, с образованием электрической энергии, используемой потребителями. Ветровые установки основаны на функционировании ветровых генераторов.

Различные модели ветровых генераторов отличаются:
  • техническими параметрами,
  • габаритными размерами,
  • конструкцией: с вертикальной или горизонтальной осью вращения, различными типами и числом лопастей,
  • местом расположения (наземным, морским и т.д.).

Сила воды

В основе гидроэнергетики лежит преобразование кинетической энергии, которой обладают водные массы, в электроэнергию, используемую людьми для собственных нужд. Перечень объектов данного типа представлен гидроэлектростанциями разной мощности, установку которых осуществляют на различных водных объектах. Такие установки подвергаются естественному течению воды либо создаваемым плотинам. При воздействии воды на лопасти турбин происходит выработка электрического тока. В основе гидроэлектростанций находятся гидротурбины.

Электрическую энергию получают еще одним способом. Энергия воды преобразуется благодаря использованию энергии приливов, для чего возводят приливные станции. Такие установки функционируют благодаря использованию кинетической энергии, возникающей у морской воды в периоды, связанные с приливами и отливами, происходящими в океанах и морях при воздействии объектов, входящих в солнечную систему.

Тепло земли

В основе геотермальной энергетики лежит преобразование тепла, которое излучает земная поверхность в тех местах, где происходит выброс геотермальных вод (на сейсмически опасных территориях), так и в других земных регионах. Воспользоваться энергией геотермальных вод можно благодаря использованию специальных установок, в которых происходит преобразование внутреннего тепла земли с образованием тепловой и электрической энергии.

Тепловые насосы предназначены для получения тепла из земной поверхности в любом месте их расположения. Они функционируют на свойствах, характерных жидкостям и газам, а также в соответствии с законами термодинамики. Модели тепловых насосов различаются мощностью и своей конструкцией, связанной с первичным источником энергии, определяющим их тип. Применяются следующие системы тепловых насосов:

  • «воздух-вода» и «грунт-воздух»,
  • «грунт-вода» и «вода-вода»,
  • «вода-воздух» и «воздух-воздух»,
  • «фреон-вода» и «фреон-воздух».

Биотопливо

Биотопливо бывает различных видов, различающихся способами получения, агрегатным состоянием (жидким, твердым, газообразным), видами использования. Все разновидности биотоплива объединены тем, что их производство основано на использовании органических продуктов, переработка которых приводит к получению электрической и тепловой энергии. Биотопливо твердых видов  состоит из дров, топливных брикетов или пеллет, газообразных – из биогаза и биоводорода, а жидких – из биоэтанола, биометанола, биобутанола, диметилового эфира и биодизеля.

Преимущества и недостатки использования

Каждому конкретному источнику энергии, независимо от его типа, традиционного или альтернативного, характерен спектр свойственных и относящихся конкретно к нему достоинств и недостатков использования. Помимо этого, каждая группа энергоресурсов характеризуется общими плюсами и минусами.

Если говорить об альтернативных источниках энергии, то среди преимуществ следует упомянуть о:

  • Возобновляемости альтернативных источников энергии;
  • Экологической безопасности;
  • Доступности и возможности использования в широких сферах применения;
  • Низкой себестоимости энергии, образуемой после преобразования.

Недостатки использования состоят в:

  • Высокой стоимости оборудования и значительных материальных затратах на этапах, связанных со строительством и монтажом;
  • Низком КПД установок;
  • Зависимости от внешних факторов: погодных условий, силы ветра и т.д.;
  • Относительно небольшой установленной мощности генерирующих установок, кроме гидроэлектростанций.

Использование альтернативных источников энергии в России

Наша страна, наряду со многими технически развитыми странами мира, немало внимания уделяет альтернативным источникам энергии. Такое внимание связано с наличием больших территорий, не оборудованных до настоящего времени централизованными источниками энергии, а также с тенденцией, свойственной всему миру, заключающейся в борьбе за экологию на планете и экономии традиционного топлива. Разные регионы страны занялись развитием различных видов альтернативной энергетики.

Солнечная энергетика

Максимальное распространение солнечных электростанций характерно различным слоям населения, в качестве альтернативного или резервного источника тепловой и электрической энергии. Можно также утверждать о промышленных масштабах развития данного вида энергетики на территории нашей страны.

Общий уровень установленной мощности солнечных электростанций достиг более 400,0 МВт. Среди наиболее крупных упомянем об Орской им. А. А. Влазнева (установленная мощность 40,0 МВт), расположенной в Оренбургской области; Бурибаевской (мощность 20,0 МВт) и Бугульчанской (мощность 15,0 МВт), расположенных в Республике Башкортостан. На территории полуострова Крым функционирует свыше десятка солнечных электростанций, мощность каждой из которых составляет 20,0 МВт. Сейчас разрабатывается проектная документация и ведется строительство на разных стадиях еще около 50 объектов, связанных с солнечной генерацией. Они расположены в Сибири, на Дальнем Востоке, в южных и центральных областях страны. Проектируемые и строящиеся объекты получат общую мощность свыше 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

В нашей стране функционирует много ветровых энергетических установок, которые позволяют получать электрическую энергию промышленными масштабами. Правда, доля их мощности в энергетической системе существенно ниже по сравнению с солнечными электростанциями. Общий уровень установленной мощности ветровых генераторов чуть выше 100,0 МВт. Среди наиболее мощных упомянем о Зеленоградской ветровой установке (мощность 5,1 МВт), расположенной в Калининградской области; Останинской (25,0 МВт), Тарханкутской (22,0 МВт) и Сакской (20,0 МВт) – на территории полуострова Крым. Сейчас продолжается проектирование и строительство еще 22 ветровых энергетических установок, общая мощность которых превышает 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Данная разновидность альтернативной энергетики наиболее распространена на российской территории. Энергия, вырабатываемая на ГЭС, установленных на реках в различных отечественных регионах, достигает свыше 20,0%, если суммировать общую генерацию всей российской энергосистемы. По статистике, соответствующей началу 2017 года, суммарный уровень установленной мощности электростанций достигал 48085,94 МВт. Данная мощность вырабатывалась 191 объектом генерации, отличающимся конструкцией и мощностью.

В нашей стране производят электрическую энергию благодаря использованию энергии приливов. Отметим Кислогубскую приливную электростанцию, работающую в Мурманской области свыше 60 лет. Ее реконструировали в 2007 году, увеличив установленную мощность до 1,7 МВт. Сейчас разрабатывается экономическое обоснование и проектная документация для строительства аналогичных станций в Белом (Мезенской ПЭС) и Охотском (Пенжинской и Тугурской ПЭС) морях.

Геотермальная энергетика

Энергию недр, которыми богата наша планета, широко используют в странах, характеризующихся вулканической деятельностью. Для нашей страны данный вид энергетики, в связи с ее особенностями, характерен дальневосточному региону. Дальний Восток оборудован пятью геотермальными электрическими станциями, установленная мощность которых достигает 80,1 МВт. Три станции располагаются на территории Камчатки (Верхне-Мунтовская, Паужетская и Мутновская), Менделеевская станция расположена на острове Кунашир, Океанская станция расположена на острове Итуруп.

Применение биотоплива

Распространение данного вида энергоресурсов не так широко, если сравнивать с традиционными видами топлива или гидроэнергетикой. Отметим развитие в нашей стране лесной и деревообрабатывающей промышленности, а также выращивание сельскохозяйственных культур на больших территориях, чем обусловлено пристальное внимание к этому виду энергетики.

В последнее время активизировалось строительство заводов, занимающихся переработкой отходов древесины и специализирующихся на изготовлении топливных брикетов и гранул (пеллет). Использование брикетов и пеллет эффективно в виде топлива в различных типах котлов. Благодаря их сжиганию происходит выработка тепловой и электрической энергии.

Отходы сельскохозяйственного производства используются для изготовления биогаза и жидкого топлива для дизельных установок и двигателей, где происходит их сжигание, способствующее производству электрической и тепловой энергии. Распространение данного вида топлива пока не настолько широко на территории нашей страны, но можно утверждать о достаточно обширных и успешных перспективах его развития.

Использование в частных домах

При отоплении загородных домов или дач, а также при их электроснабжении можно вполне успешно воспользоваться альтернативными источниками энергии. Возможность использования целиком связана с регионом проживания пользователей и местом расположения объектов, потребляющих топливо. Способность выработки электрического тока с помощью солнечных станций и ветровых установок напрямую связана с активностью солнца и скоростью ветра на участке их расположения, а также с прочими погодными явлениями, характеризующими данный регион.

Построить микро ГЭС можно, если объект потребления расположен рядом с рекой или иным водоемом. Геотермальную станцию можно построить рядом с геотермальными водами, расположенными близко к земной поверхности. Использование биотоплива (продукции отходов деревообработки, дров) возможно в тех регионах, которые богаты лесами, имеют развитую промышленность, относящуюся к данному направлению. Воспользоваться биогазом и жидким топливом можно при наличии больших территорий, предназначенных для выращивания сельскохозяйственных культур. Это способствует созданию больших запасов биомассы, которая используется при производстве данных видов топлива.

Возможно ли в домашней обстановке сделать собственными руками оборудование для получения энергии?

Если вы обладаете свободным временем, желанием, умением работать с ручными инструментами, у вас есть возможность для создания установок и последующего использования альтернативных источников для собственных нужд, чтобы обеспечивать себя тепловой и электрической энергией.

Аналогичная ситуация со всеми перечисленными выше видами альтернативной энергетики.

Для оснащения солнечной электростанции можно заняться самостоятельным изготовлением солнечных батарей, с использованием фотоэлементов заводского производства, а также осуществить сборку контроллера заряда и инвертора, являющихся элементами в таких установках.

Для ветровой установки, как и для солнечной станции, возможно изготовление электронных устройств (например, инвертора), сборка которых достаточно проста. Вы можете воспользоваться существующими электрическими схемами и элементами заводского производства. Изготовление самого важного элемента – ветрогенератора – возможно из доступных материалов и запчастей.

Возможность изготовления и монтажа микро ГЭС есть у каждого, при наличии реки или водоема, соответствующего сооружению плотины. Особенности конструкции и вида гидротурбины соответствуют типу водоема и рельефу местности.

Возможность создания биогазовой установки есть у каждого сельского жителя. Необходимо лишь обладать достаточным количеством биомассы и температурой, соответствующей условиям процесса брожения.

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

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.

Такой 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.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Альтернативные источники энергии для частного дома: виды и проекты

В природе энергия присутствует практически везде – ветер, вода, земля и солнце – это альтернативные и возобновляемые источники энергии. Но основной задачей человечества является создание приспособлений, которые могут извлечь ее оттуда, именно этим занимается альтернативная энергетика.

альтернативные источники энергии

Человечество достигло невероятных успехов в этом направлении, на сегодняшний день такие установки можно изготовить самостоятельно для своего дома. Зачем нужны эти устройства, и что можно изготовить своими руками?

Необходимость использования новых источников энергии

Развитие энергетики и технологический прогресс привели к постоянному росту спроса на энергоресурсы. До 60-х годов прошлого века основным источником энергетики являлась нефть. Кризис 1973 года показал, что ориентация на один вид ресурса может повлечь за собой непредвиденные ситуации. Многие экономически развитые страны разработали новую энергетическую стратегию, которая основывается на диверсификации энергетических источников.

С этого времени ученые уделяют большое внимание проблемам всемирного энергосбережения и изучению возможностей применения нетрадиционных альтернативных источников энергии.

альтернативные источники энергии

Освоение нетрадиционных источников

К нетрадиционным источникам энергии относятся:

  • энергия солнца;
  • энергия ветра;
  • геотермальная;
  • энергия морских приливов и волн;
  • биомассы;
  • низкопотенциальная энергия окружающей среды.

Их освоение представляется возможным благодаря повсеместной распространенности большинства видов, можно отметить также их экологическую чистоту и отсутствие эксплуатационных затрат на топливную составляющую.

Однако существуют и некоторые отрицательные качества, которые препятствуют применению их в производственных масштабах. Это – небольшая плотность потока, которая заставляет применять «перехватывающие» установки большой площади, также изменчивость во времени.

Все это приводит к тому, что подобные устройства обладают большой материалоемкостью, а значит, увеличиваются и капиталовложения. Ну, а процесс получения энергии из-за некоторого элемента случайности, связанного с погодными условиями, доставляет немало неприятностей.

Другой наиважнейшей проблемой остается «сохранение» этого энергетического сырья, так как существующие технологии аккумулирования электроэнергии не позволяют сделать это в больших количествах. Тем не менее, в бытовых условиях альтернативные источники энергии для дома пользуются все большей популярностью, поэтому ознакомимся с основными энергоустановками, которые можно установить в частном владении.

альтернативные источники энергии

Солнечные батареи

Солнечная панель состоит из комплекса соединенных элементов, которые преобразуют солнечный свет в поток электронов. Характерной особенностью является тот факт, что они не в состоянии генерировать ток высокого напряжения. Отдельный элемент вырабатывает ток напряжением до 0,55 В, а одна батарея вырабатывает ток напряжением до 21 В, который позволяет питать 12-вольтовую аккумуляторную батарею.

Естественно, для обеспечения дома электроэнергией потребуется система, насчитывающая десятки таких устройств. Также в ее состав входят следующие компоненты:

  • контроллер для управления зарядкой аккумуляторной батареи, предотвращает повторный заряд;
  • инвертор, преобразующий ток из низкого в высокое напряжение;
  • аккумулятор.

Все три элемента лучше приобрести в готовом виде, ну, а солнечную батарею можно изготовить самостоятельно.

Солнечные батареи

Процесс изготовления батареи

Батарея собирается из модулей, состоящих из 30, 36 или 72 фотоэлементов. Они соединяются последовательно с источником питания, его максимальное напряжение составляет 50 В.

Этапы работ:

  1. Из фанеры вырезается дно корпуса и вставляется в рамку, по периметру которой высверливаются отверстия. Они необходимы для обеспечения вентиляции и предотвращения перегрева во время работы.
  2. Подложка для солнечных элементов вырезается по размеру корпуса, здесь также необходимо предусмотреть наличие отверстий.
  3. Корпус окрашивается и высушивается, после этого на него выкладываются вверх ногами солнечные элементы и запаиваются.
  4. Элементы соединяются для начала рядами, затем они подключаются к токоведущим шинам.
  5. Перевернутые элементы фиксируются при помощи силикона.

Величина выходного напряжения должна составлять около 18-20 В, в этом нужно предварительно убедиться. Также в течение нескольких дней проверяется работоспособность батареи, только после этого выполняется герметизация стыков и собирается система электроснабжения.

Солнечные батареи

При установке панели следует обратить внимание на следующее:

  1. Не располагать батарею в тени деревьев или высоких сооружений.
  2. Произвести ориентацию батареи в сторону солнца.
  3. Правильно определить наклон.
  4. Обеспечить доступность для своевременного удаления пыли, грязи и слоя снега.
  5. Предусмотреть подставку, регулирующую угол наклона для зимнего и летнего сезона.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии для частного дома – это возобновляемые ресурсы, к которым можно отнести и энергию ветра. Наши предки умели строить мельницы, использующие воздушные потоки для вращения лопастей, сейчас же человек научился преобразовать их в электричество.

Существует несколько разновидностей ветряных генераторов, которые различаются в зависимости от основных параметров.

Ветрогенераторы

Размещение оси

Различают вертикальные и горизонтальные конструкции. Горизонтальные обеспечивают автоматический поворот основной части для поиска ветра, обладают более высоким уровнем КПД. Оборудование вертикальных генераторов расположено на земле, эксплуатация и обслуживание этого вида проще.

Количество лопастей

Существуют следующие виды:

  • однолопастные;
  • двухлопастные;
  • трехлопастные;
  • многолопастные.

Последний тип используется редко, в основном, при малой скорости ветра.

Материал для лопастей

Лопасти бывают жесткими и парусными, однако из-за быстрой потери своей функциональности, в результате резких порывов ветра, требуют частой замены.

Ветрогенераторы

Ветряная установка состоит из следующих основных элементов, которые можно изготовить собственноручно:

  1. Лопасти, которые в результате вращения обеспечивают движение ротора.
  2. Генератор, вырабатывающий переменный ток.
  3. Контроллер, преобразующий переменный ток в постоянный, необходимый для зарядки аккумуляторов.
  4. Аккумуляторы для накопления электроэнергии.
  5. Инвертор превращает постоянный ток в переменный, необходимый для функционирования всех бытовых приборов.
  6. Мачта для обеспечения поднятия лопастей до необходимой высоты с наиболее активными воздушными массами.

Тепловые насосы

Этот самая прогрессивная технология, в которой используются альтернативные источники энергии для дома своими руками, обеспечивающая значительную экономию средств на обогрев или охлаждение дома.

Принцип работы оборудования основан на цикле Карно: в результате резкого сжатия теплоносителя происходит повышение температуры. Противоположное действие наблюдается в функционировании холодильных и морозильных камер.

Для изготовления теплового насоса могут применяться некоторые узлы, использующиеся в данном оборудовании. Тепловая энергия, отбирающаяся из грунта, воздуха, воды, попадая в испаритель, превращается в газ, далее сжимается компрессором, а температура повышается.

тепловые насосы

Классификация насосов следующая:

  1. По количеству контуров:
    • одноконтурные;
    • двухконтурные;
    • трехконтурные.
  2. По виду источника.

Встречаются следующие разработки.

Грунт-вода

Применяются с успехом на территориях с умеренным климатом, где прослеживается равномерный подогрев почвы в любое время года. Скважины бурятся неглубоко, поэтому разрешающие документы оформлять не придется. В зависимости от типа грунта используют зонд или коллектор.

Воздух-вода

Такие установки используются в зонах с климатом, где зимняя температура не опускается ниже 15-20 градусов. Аккумулирующееся тепло из воздуха используется для нагрева воды.

Вода-вода

Применяются в условиях наличия водоема: рек, озер, скважин, отстойников, грунтовых вод. Как известна температура водных источников значительно выше температуры воздуха в зимнее время. Этим и обусловлена эффективность данных установок.

альтернативные источники энергии для частного дома

Вода-воздух

Тепло из водоемов посредством компрессора передается воздуху и используется для обогрева жилых площадей.

Грунт-воздух

Наиболее универсальная система, использующая в качестве переносчиков энергии незамерзающие жидкости. Тепло из грунта посредством компрессора передается воздуху.

Воздух-воздух

Наиболее дешевая система, которая не требует проведения земляных работ, а также прокладки трубопровода. Способна как обогревать, так и охлаждать помещение.

При выборе одной из систем следует учесть следующее:

  • геологию участка;
  • возможность проведения земляных работ;
  • наличие свободного пространства.

Эффективность установки зависит от правильности выбора источника альтернативной энергии.

Тепловые насосы

Биогазовые установки

Газ образуется в результате обработки продуктов жизнедеятельности домашних птиц и животных. Переработанные отходы используются для удобрения почвы на приусадебных участках. Процесс основан на реакции брожения, в котором участвуют бактерии, живущие в навозе.

Самым лучшим источником биогаза считается навоз КРС, хотя для этого также подходят отходы птиц или другого домашнего скота.

Брожение происходит без доступа кислорода, поэтому целесообразно использовать закрытые емкости, которые еще называют биореакторами. Реакция активизируется, если периодически перемешивать массу, для этого используется ручной труд или различные электромеханические приспособления.

Также потребуется поддерживать температуру в установке от 30 до 50 градусов для обеспечения активности мезофильных и термофильных бактерий и участия их в реакции.

Биогазовые установки

Изготовление конструкции

Самой простой биогазовой установкой является бочка с мешалкой, закрывающаяся крышкой. Газ из бочки поступает в резервуар через шланг, в крышке для этой цели проделывается отверстие. Такая конструкция обеспечивает газом одну или две газовые горелки.          

Для получения масштабных объемов газа используется надземный или подземный бункер, который изготавливается из железобетона. Всю емкость целесообразно разделить на несколько отсеков, для того чтобы реакция происходила со сдвигом во времени.

Процесс брожения при участии мезофильных культур занимает до 30 дней, поэтому такие условия оптимальны для бесперебойного выделения газа. Загружают навоз через загрузочный бункер, с противоположной стороны отбирается отработанное сырье.

Емкость заполняется массой не полностью, примерно на 20 процентов, остальное пространство служит для скапливания газа. К крышке емкости подсоединяются две трубки, одна отводится к потребителю, а другая к гидрозатвору – емкости, заполненной водой. Это обеспечивает очищение и осушение газа, к потребителю подается газ высокого качества.

Биогазовые установки

Мини гидроэлектростанции

Самодельные гидроэлектростанции – это дополнительные альтернативные источники энергии своими руками, их можно построить у ручья или водоема с плотиной. Основа этой конструкции – колесо, которое вращается потоками воды, а от скорости течения зависит мощность установки.

Самодельные гидроэлектростанции

Как самостоятельно изготовить конструкцию?

Для осуществления задуманного понадобятся следующие материалы:

  • автомобильные колеса;
  • генератор;
  • обрезки уголка и металла;
  • фанера;
  • медный провод;
  • магниты неодимовые;
  • полистироловая смола.

Колесо изготавливается из дисков размером 11 дюймов. Стальная труба разрезается на четыре части по вертикали, из получившихся сегментов получаются лопасти, их потребуется 16 штук. Лопасти крепятся сваркой, а диски – болтами.

Размеры сопла соответствуют ширине колеса, его изготавливают из обрезка металла. Придав соответствующую форму, края соединяют сваркой. Сопло должно быть настроено по высоте для регулирования водяного потока.

Далее, ось сваривается и на нее устанавливается колесо. Изготавливается генератор, который защищается металлическим крылом от брызг. Все элементы покрываются краской для защиты от влаги и коррозии.

Такое устройство не требует огромных капиталовложений, но оно способно значительно снизить расходы на электроэнергию.

Самодельные гидроэлектростанции

Геотермальная энергия

В недрах земного шара таятся неизведанные виды альтернативных источников энергии. Человечество знает, какова сила и масштабы природных стихийных проявлений. Мощность извержения одного вулкана несравнима ни с одной из рукотворных энергетических установок.

К сожалению, человек еще не умеет использовать эту гигантскую энергию во благо, но природная теплота Земли или геотермальная энергетика приковывает взгляды ученых, так как она представляет собой неисчерпаемый ресурс.

Известно, что наша планета ежегодно излучает громадное количество внутреннего тепла, которое компенсируется радиоактивным распадом изотопов в коре земного шара. Различают два типа источника геотермальной энергии.

Подземные бассейны

Это естественные бассейны с горячей водой или пароводяной смесью – гидротермальные или паротермальные источники. Ресурсы из этих источников добываются посредством буровых скважин, далее энергия используется для нужд человечества.

Геотермальная энергия

Горные породы

Тепло горячих горных пород может быть использовано для нагревания воды. Для этого ее закачивают в горизонты для дальнейшего применения в энергетических целях.

Одним из недостатков этого вида энергии является его слабая концентрация. Однако в условиях, где при погружении на каждые 100 метров, температура увеличивается на 30-40 градусов, можно обеспечить хозяйственное ее применение.

Технология использования этой энергии в перспективных «геотермальных районах» обладает явными преимуществами:

  • неисчерпаемость запасов;
  • экологическая чистота;
  • отсутствие больших издержек на разработку источников.

альтернативные источники энергии для частного дома

Дальнейшее развитие цивилизации невозможно без внедрения новых технологий в области энергетики. На этом пути стоят трудноразрешимые задачи, которые еще предстоит решить человечеству.

Тем не менее, освоение этого направления играет важную роль, и сегодня уже существует оборудование, способное существенно сэкономить ресурсы традиционные и альтернативные источники энергии являются отличной альтернативой им. Для воплощения таких идей требуется терпение, умелые руки, а также некоторые навыки и знания.

Видео

Ознакомиться с работой различных альтернативных источников энергии в частном доме вы сможете, посмотрев наше видео.

Альтернативные источники энергии: виды и использование

В течение всего периода развития цивилизации происходила борьба за обретение новых, более эффективных форм энергии. За тысячи лет был пройден путь от овладения огня до применения управляемой ядерной реакции в атомных электростанциях. Поэтому в истории человечества принято выделять несколько энергетических революций, которые заключались в переходе от одного доминирующего первичного источника энергии к другому. Результаты этих изменений затрагивали не только сферу энергетики и экономики, но и меняли социальный и культурный облик цивилизации.

В настоящее время Мировая энергетика находится на перепутье. С увеличением народонаселения Земли экономика требует все больше энергии, а запасы ископаемого топлива, на котором основана традиционная энергетика, не безграничны. Рост стоимости ископаемого топлива усугубляется и тем, что достигшее колоссальных размеров использование углеводородов наносит ощутимый вред окружающей среде, что отражается на качестве жизни населения. А это означает, что в будущем потребности в энергии, а значит и в новых способах её получения, будут только увеличиваться. На смену эре углеводородов (нефти и газа), придет эра использования альтернативной, чистой энергии.

Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.

Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы.

Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, а на традиционную — постоянно растут.

Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, – всё это увеличивает социальную напряженность.

Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

Именно с нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) связывают будущее энергетики. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, большинство из них уже используется более или менее широко. В настоящее время общий вклад ВИЭ в мировой энергобаланс пока невелик, около 20 % конечного потребления энергии. При этом на долю биотоплива и гидроэнергии, используемых традиционными способами, приходится основная часть – около 17 %, на долю нетрадиционных ВИЭ всего около 3 %.

Наиболее известны  и частично применяются следующие виды энергии:

— энергия Солнца;
— энергия ветра;
— биоэнергетика;
— энергия приливов и волн;
— тепловая энергия Земли.
— энергия атмосферного электричества и грозовая энергетика.

Из всех существующих видов альтернативной энергетики самыми востребованными являются солнечная, ветро- и гидроэнергетика.

Энергия солнца

Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества.

Существуют разные способы преобразования солнечного излучения в тепловую и электроэнергию и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи.

Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах мира. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.

К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатками в использовании солнечной энергии являются дороговизна оборудования, зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.

Энергия ветра

Одним из перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Ветроэнергетические установки (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых западноевропейских странах (например в Дании, где 25% всей электроэнергии добывают именно таким способом). Ветроэнергетика является весьма перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций данного типа.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума (вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей), мешают перелетам птиц  и насекомых, а также создают помехи в прохождении радиоволн  и работе военных.

Биоэнергетика

Биоэнергетика позволяет из биотоплива разного вида получать энергию и тепло. Биоэнергетика сейчас находится в стадии активного развития. Крупные промышленные и сельскохозяйственные предприятия активно переходят на биотопливо, что дает им получать электроэнергию и тепло из органического мусора.

К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).

Основными преимуществами является утилизация органического мусора, снижение уровня загрязнения окружающей среды. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время. Биотопливо снижает выбросы парниковых газов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.

Биотопливо довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.

К недостаткам применения биотоплива относятся:

— ограничения региональной пригодности (в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом).

— водопользование – чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом.

— продовольственная безопасность (слишком активное выращивание биотоплива может привести к голоду). Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания.

— разрушение среды обитания животных и риск изменения окружающей среды, вследствие применения удобрений и пестицидов при выращивании биотопливных культур (чаще всего это монокультуры для удобства выращивания).

Энергия приливов и волн

Мировой океан аккумулирует энергию в разных видах: энергию биомассы, энергию приливов и отливов, энергию океанических течений, тепловую энергию и др. Проблема заключается в том, чтобы найти экономически и экологически приемлемые способы ее использования. По прогнозным оценкам доступная часть энергии Мирового океана во много раз превышает уровень потребления всех энергетических ресурсов в мире.

По оценкам Ocean Energy Systems, к 2050 г. с помощью подобных технологий можно будет вырабатывать 300 ГВт – это столько же, сколько бы производили 250 ядерных реакторов. А UK Carbon Trust прогнозирует, что к тому времени уже возникнет всемирный рынок приливной энергии стоимостью 126 млрд фунтов стерлингов.

В Японии протестировали устройство, которое генерирует электроэнергию из океанических течений. Испытание установки было проведено на юго-западе префектуры Кагошима. Течения у Кагошимы постоянны по силе и направлению. Турбина экспериментального генератора была установлена на уровне 20-50 м под поверхностью воды. Генератор развил мощность производства электроэнергии всего 30 кВт. Конечно, это немного, но главное – изобретение работает. Ученые полагают, что такой метод генерации электричества может быть более стабильным, чем солнечная энергетика. Организация по разработке новых энергетических и промышленных технологий NEDO надеется внедрить эту технологию в промышленное использование к 2020 г.

В США извлекают энергию из волн.

Исследователи Технологического института Джорджии разработали устройство, преобразующее в электричество энергию волн океана очень широкого диапазона частот. Энергия волн океана — самая слаборазвитая отрасль чистой энергетики. Хотя океан потенциально способен обеспечить энергией весь мир, пока что не существует экономически выгодного способа ее извлечения. Основная проблема в том, что океанские волны непостоянны и колеблются с низкой частотой, тогда как большинство генерирующих устройств лучше всего работают с постоянной амплитудой и высокой частотой.

В прошлом году в проливе Пентленд-Ферт на северном побережье Шотландии началась первая фаза строительства крупнейшей в мире приливной электростанции MeyGen, итоговая мощность которой может достичь 398 МВт. Станция способна обеспечить электричеством 175 тыс. домохозяйств. Возобновляемая энергия приливов стала одним из важнейших направлений новой энергетики, развиваемой в Шотландии. Шотландские приливы, одни из самых мощных в Европе, помогут развить эту многообещающую технологию и сократить выбросы углекислого газа. Шотландия планирует полностью (на 100%) перейти на возобновляемую электроэнергию уже в 2030 г. Достигнутый в 2016 г. уровень составил около 60%.

Аналогичные технологии применяются уже и в Северной Америке – на побережье Новой Шотландии. Эта провинция на северо-востоке Канады действительно напоминает Шотландию — и не в последнюю очередь благодаря высоким приливам.

В ноябре прошлого года там, в заливе Фанди начал работу первый в Северной Америке приливной электрогенератор. Он занимает пять этажей и весит тысячу тонн, его мощность – 2 МВт, что достаточно для питания 500 домов.

В области разработки новейших решений для использования энергии приливов лидирует Великобритания. Этому способствует идеальная схема приливов и благоприятная регулятивная среда. Канада, Китай и Южная Корея также демонстрируют устойчивый прогресс. США также являются одним из основных центров инноваций в данной сфере.

Основные плюсы – высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.

К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, из-за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии.

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Атмосферное электричество и грозовая энергетика

Атмосферное электричество может стать еще одним существенным источником экологически чистой энергии. В нижних слоях атмосферы Земли идут интенсивные процессы испарения, переноса тепла и влаги, образования облаков, сопровождающиеся явлениями электризации. В результате, у поверхности Земли напряженность электростатического поля достигает 100…150 В/м летом и до 300 В/м зимой, значительно изменяясь от погодных условий. В атмосфере постоянно висит положительный объемный заряд величиной около 0,57 млн. кулонов. Энергетический ресурс заряженной атмосферы оценивается величиной около 107 ГВт, что не менее чем в 250 раз превышает потребности человеческой цивилизации в энергии.

Вопросы формирования электрической энергии в атмосфере и использования электричества, сформированного естественным путем, тревожили умы многих ученых на протяжении столетий. Все началось со знаменитого опыта Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком, и экспериментально доказал, что грозовые явления имеют электрическую природу. В 1850–1860-х годах получили патенты на изобретения в области атмосферного электричества Лумис и Уард в США, во Франции. Среди тех, кто мечтал завоевать и использовать атмосферное электричество в качестве практически неиссякаемого источника энергии был и знаменитый изобретатель Никола Тесла, предложивший способ преобразования высокого постоянного напряжения атмосферы в низкое переменное. В Финляндии Герман Плаусон провел эксперименты с аэростатами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытого очень острыми, изготовленными электролитическим способом иглами. На свои устройства он в 1920-х годах получил патенты США, Великобритании и Германии.

К сожалению все предложенные грандиозные устройства так и не получили широкого практического применения ввиду их громоздкости, непрактичности, опасности, а самое главное, нестабильности снимаемой мощности, которая целиком зависит от «электрической погоды» в атмосфере. Но ни смотря, ни на что, интерес к исследованиям атмосферного электричества не угас, и в самые недавние годы достигнуты значительные успехи.

Новые исследования, проведенные учеными из университета Кампинаса в Бразилии, позволили по-новому взглянуть на задачу получения энергии из атмосферного электричества. В результате этих исследований ученые точно определили, каким именно образом происходит процесс формирования и момент высвобождения электричества из капелек влаги скопившейся в воздухе, как создаются электрические заряды в атмосфере, как они распространяются и каким образом они могут быть преобразованы в электрический ток, пригодный для использования.

В качестве преимуществ атмосферных электростанций отмечаются следующие факторы:

— атмосферная электростанция способна вырабатывать энергию постоянно и не выбрасывает в окружающую среду никаких загрязнителей;

— в случае открытия способа хранения и создания суперконденсатора атмосферного электричества, он будет постоянно подзаряжается с помощью возобновляемых источников энергии – солнца и радиоактивных элементов земной коры;

— электроразрядное оборудование атмосферных станций не бросается в глаза. Оно находятся в верхних слоях атмосферы, слишком высоко для того, чтобы их увидеть невооруженным глазом.

Недостатки:

— атмосферное электричество, как и энергию солнца или ветра, трудно запасать. Его необходимо либо использовать сразу же, на месте получения, либо преобразовывать в любую другую форму, например в водород;

— значительная разрядка земельно-ионосферного суперконденсатора может нарушить баланс глобального электрического контура. В этом случае последствия для окружающей среды будут непредсказуемы;

— высокое напряжение в системах атмосферных электростанций может быть опасным для обслуживающего персонала;

— электроразрядное оборудование необходимого размера сложно обслуживать и поддерживать на необходимой высоте. Кроме того, они могут представлять опасность для авиации.

Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое направление. Молния – это сложный электрический процесс. Для того, чтобы «поймать» и удержать энергию молнии, нужно использовать мощные и дорогостоящие конденсаторы, а также разнообразные колебательные системы. Пока еще грозовая энергетика неоконченный и не совсем сформированный проект, хотя и достаточно перспективный. Его привлекательность состоит в возможности постоянно восстанавливать ресурсы.

Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты. Специалисты NASA, работая со спутником «Миссия измерения тропических штормов», проводят исследования грозовой активности в разных уголках нашей планеты. Ими собраны данные о частоте происхождения молний и создана соответствующая карта. Были установлены определенные регионы, в которых на протяжении года возникает до 70 ударов молнии на квадратный километр площади, и где в перспективе экономически целесообразно использовать данный вид энергии.

Сейчас ученые всего мира изучают этот сложный процесс и разрабатывают планы и проекты по устранению сопутствующих проблем. Возможно, со временем человечество сможет укротить «строптивую» энергию молнии и перерабатывать ее в ближайшем будущем.

Список литературы

  1. Боровский, Ю.В. Современные проблемы мировой энергетики / Ю.В. Боровский, М.: Навона, 2011 г. – 232 с.
  2. Дегтярев, К.С. К вопросу об экономике возобновляющихся источников энергии / К.С. Дегтярев, А.М. Залиханов, А.А. Соловьев, Д.А. Соловьев // Энергия. Экономика. Техника. Экология. – 2016. – № 10. – С. 10–21.
  3. Довгалюк, Ю.А. О прогнозе развития конвективных облаков и связанных с ними опасных явлений с помощью модели малой размерности / Ю.А. Довгалюк, Н.Е. Веремей, А.А. Синькевич., А.К. Слепухина // Вопросы физики облаков. Сборник статей памяти С.М. Шметера. М: ГУ «НИЦ» Планета, 2008. – 167 с.
  4. Кузнецов, Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики / Д.А. Кузнецов // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-6.
  5. Огарков, А.И. Большая эффективность малой энергетики / А.И. Огарков // АПК: экономика, управление. – 2007. – № 6. – С. 2–6.
  6. Суслов, Н.И. Возобновляемые источники энергии в стране, где много традиционных ресурсов: еще о России / Н. И. Суслов // ЭКО. – 2014. – № 3. – С. 69–87.

Картинки взяты с сайта по ссылке.


Король Раиса Александровна

© Раиса Король, научный сотрудник лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков

e-mail: [email protected]

Нетрадиционные источники энергии


Программы исследования нетрадиционного газа Министерства энергетики США на 1976-1995 гг.

Начиная примерно с 1976 года, новаторское исследование, проводимое Министерством энергетики, послужило катализатором для нескольких инновационных отраслевых «первых», которые впоследствии стали коммерческими технологиями, а также привело к сбору, анализу и широкому распространению огромного количества данных по теме, которая в то время мало интересовали: нетрадиционные источники природного газа.В то время менее 7 процентов природного газа, добываемого из газовых скважин, поступало из нетрадиционных источников. Сегодня более 40 процентов природного газа, добываемого из газовых скважин в Соединенных Штатах — 7,5 триллиона кубических футов (триллионов кубических футов) в год — поступает из нетрадиционных источников: трещиноватых газовых сланцев, плотных газовых песков и угольных пластов.

Рост добычи нетрадиционного газа за последние тридцать лет был обусловлен несколькими факторами, но быстрый рост новых технологий поиска и добычи нетрадиционного газа сыграл важную роль.Налоговые льготы, начавшиеся в 1980 году, и более высокие цены на природный газ, вызванные быстро растущим спросом, сыграли определенную роль в поддержке экономики, но инструментов для использования этих ресурсов, когда экономика начала обретать смысл, не было бы или не было бы. адаптировались так же быстро, если бы фундамент не был заложен исследованиями, проведенными в рамках программ Министерства энергетики США по исследованию нетрадиционных газов (UGR).

Например, первое использование азотной пены для эффективного стимулирования добычи газа из сланцевых скважин, открытие того, как природный газ хранится в угольных пластах и ​​трещиноватых сланцах, признание важности взаимосвязанных естественных трещин в добыче газа из таких коллекторов, первое использование направленного бурения в сланцевых коллекторах для повышения продуктивности за счет пересечения трещин, создание современных инструментов и методов для измерения свойств нетрадиционных пород-коллекторов и ранняя разработка методов микросейсмического мониторинга для картирования гидравлически созданных трещин ; это лишь некоторые из достижений, инициированных исследованиями, финансируемыми Министерством энергетики.Окупаемость этих ранних инвестиций отражается в коммерческих технологиях, которые делают возможным нынешнее расширение добычи нетрадиционного газа.

Сегодня, например, микросейсмическое картирование трещин играет ключевую роль в оптимизации способов гидравлического воздействия на газовые скважины на месторождении Barnett Shale Play в Северо-Центральном Техасе. Доказано, что месторождение содержит не менее 2,1 трлн куб. Футов природного газа, и некоторые отраслевые эксперты считают, что это крупнейшее наземное месторождение природного газа в Соединенных Штатах.Но первое систематическое применение микросейсмического картирования трещин было проектом, финансируемым Министерством энергетики США и осуществленным Лос-Аламосской национальной лабораторией в 1970-х годах. Последующие исследования, проведенные на площадке Multiwell Experiment (MWX) Министерства энергетики США в Колорадо в течение 1980-х годов, помогли усовершенствовать этот процесс. Хотя потребовалось два десятилетия, чтобы сделать эту технологию применимой для нормальной нефтегазовой деятельности, долгосрочная поддержка Министерства энергетики сыграла решающую роль в разработке коммерческих инструментов для микросейсмического мониторинга процедур гидроразрыва.

Кроме того, многие скважины на участке Барнетт пробурены горизонтально для пересечения трещин и увеличения дебита газа. Совместные усилия Министерства энергетики и промышленности в 1970-х годах привели к созданию первых наклонно-направленных скважин, предназначенных для пересечения трещин в девонских сланцевых пластах Аппалачского бассейна. Эти демонстрации с разделением затрат и извлеченные из них уроки подготовили почву для технологических достижений, ведущих к тому, что сегодня является широко применяемой практикой в ​​трещиноватых сланцевых месторождениях, таких как Барнетт и другие пласты.

Наибольшая часть нетрадиционного газа, добываемого сегодня, происходит из пластов песчаника с низкой проницаемостью (плотных) в Скалистых горах. На месторождении Рулисон в южной части бассейна Пайсенс в штате Колорадо тщательно выбранные места расположения скважин и технически совершенные проекты заканчивания скважин резко увеличивают объемы газа, которые могут быть извлечены из этих плотных песков. Однако база знаний и фундаментальная наука, лежащие в основе этих передовых методов, уходят корнями в работу, выполненную Министерством энергетики на его площадке MWX на месторождении Рулисон в 1980-х годах.Это исследование позволило сделать вывод, что новые отраслевые технологии могут быть экономичными. Многие из тех же уроков теперь применяются и в плотных песчаных резервуарах Вайоминга.

Оценка выгод от программ исследования нетрадиционного газа Министерства энергетики была подготовлена ​​и отражена в отчете Национального исследовательского совета под названием «Энергетические исследования в Министерстве энергетики: стоит ли оно того? Исследования в области энергоэффективности и ископаемых источников энергии с 1978 по 2000 годы», опубликованном в 2001 году. Совет сообщил о выгодах в виде нескольких миллиардов долларов дополнительных налоговых поступлений на уровне штата и федерального бюджета, триллионов кубических футов дополнительных поставок газа и миллиардов сбережений потребителей из-за снижения цен на природный газ, сопровождавшего увеличение поставок.

.

традиционных и нетрадиционных источников энергии | Малый бизнес

В частности, малый бизнес может пострадать от повышения цен на энергию. Увеличение этих затрат может стимулировать рост цен на транспортировку продуктов и повлиять на другие расходы, связанные с управлением компанией. Американские предприятия обычно полагаются на традиционные источники энергии, такие как нефть, уголь и природный газ. Движение происходит на фронтах альтернативной энергии в таких областях, как солнечная, ветровая, водная и геотермальная энергия.На горизонте также ряд экспериментальных и нетрадиционных источников энергии, в том числе разработка биотоплива и электротоплива.

Ископаемое топливо

Обычные источники энергии поступают в основном из ископаемого топлива. Это органические соединения, созданные останками растений и животных, чья органическая «биомасса» со временем создает вещества, известные нам как уголь, природный газ и нефть. Управление энергетической информации США указывает, что по состоянию на 2012 год на ископаемое топливо приходилось 84 процента U.S. потребление энергии. Эти виды топлива используются в производстве и транспортировке, а также поддерживают электрические и энергетические системы домов и предприятий.

Нефть, возможно, является одним из наиболее распространенных и традиционных источников энергии из ископаемого топлива. Он поддерживает движение транспортных систем страны — за счет производства бензина, дизельного и авиационного топлива — а рентабельность этих видов топлива является критически важным элементом операций малого бизнеса. Уголь — это биотопливо, которое служит эффективным источником тепловой энергии и используется в производстве электроэнергии и в качестве топлива для электростанций.Популярность природного газа в качестве традиционного источника энергии растет из-за огромных подземных запасов в США

Возобновляемая энергия

Солнце, ветер и вода считаются полутрадиционными, возобновляемыми, экологически чистыми источниками энергии, поскольку они постоянно пополняются. Хотя концепция использования возобновляемых источников энергии стала широко распространенной, ее полная реализация все еще происходит, в первую очередь из-за соображений стоимости. Хотя возобновляемая энергия поступает из «бесплатных» источников, для превращения этих ресурсов в энергию по-прежнему требуется много рабочей силы и оборудования.Гидроэнергетика вырабатывает электричество с помощью воды, наиболее распространенного возобновляемого источника энергии в США.

Солнечная энергия использует энергию солнца для производства электроэнергии и отопления. Энергия ветра вырабатывается с помощью высокотехнологичных турбин, а энергия распределяется через электрическую сеть. Многие малые предприятия находят ценность в создании собственных источников энергии за счет использования солнечных панелей и ветряных турбин на своей собственности. Эти методы снижают затраты на электроэнергию, и предприятия могут также получать прибыль, продавая неиспользованную энергию энергетическим компаниям своего региона.

Биомасса

Биомасса — еще один полутрадиционный источник энергии, поскольку он находится в процессе становления основным направлением. Энергия биомассы поступает из растительного материала. Биомасса также служит системой управления отходами. Многие малые сельскохозяйственные предприятия и фермерские хозяйства могут сэкономить на расходах на электроэнергию за счет преобразования побочных продуктов своей деятельности в биотопливо. Энергия биомассы может использоваться для обогрева и производства электроэнергии, и она становится все более доступной в виде жидкого биотоплива для двигателей.Биомасса имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении некоторых форм загрязнения.

Электротопливо и инженерные виды топлива

Электротопливо — это инновационные нетрадиционные возобновляемые жидкости, в которых используются микроорганизмы для создания химической или электрической энергии, необходимой для преобразования диоксида углерода в жидкое топливо. По состоянию на 2012 год ученые Колумбийского университета ищут естественные способы создания топлива, аналогичного бензину. Исследователи из Объединенного института биоэнергетики при Управлении науки также разрабатывают возобновляемую альтернативу дизельному топливу, используя процесс метаболической инженерии.В отличие от биодизеля, получаемого из растительного масла, топливо, полученное путем метаболической инженерии, производится из химического соединения бисаболана. Исследователи JBEI используют вечнозеленое дерево, дрожжи, микробы и бактерии кишечной палочки для производства этого соединения. Эта технология имеет потенциал для использования новых биотехнологических компаний и малых предпринимателей.

.

Нетрадиционные источники энергии


Программы исследования нетрадиционного газа Министерства энергетики США на 1976-1995 гг.

Начиная примерно с 1976 года, новаторское исследование, проводимое Министерством энергетики, послужило катализатором для нескольких инновационных отраслевых «первых», которые впоследствии стали коммерческими технологиями, а также привело к сбору, анализу и широкому распространению огромного количества данных по теме, которая в то время мало интересовали: нетрадиционные источники природного газа.В то время менее 7 процентов природного газа, добываемого из газовых скважин, поступало из нетрадиционных источников. Сегодня более 40 процентов природного газа, добываемого из газовых скважин в Соединенных Штатах — 7,5 триллиона кубических футов (триллионов кубических футов) в год — поступает из нетрадиционных источников: трещиноватых газовых сланцев, плотных газовых песков и угольных пластов.

Рост добычи нетрадиционного газа за последние тридцать лет был обусловлен несколькими факторами, но быстрый рост новых технологий поиска и добычи нетрадиционного газа сыграл важную роль.Налоговые льготы, начавшиеся в 1980 году, и более высокие цены на природный газ, вызванные быстро растущим спросом, сыграли определенную роль в поддержке экономики, но инструментов для использования этих ресурсов, когда экономика начала обретать смысл, не было бы или не было бы. адаптировались так же быстро, если бы фундамент не был заложен исследованиями, проведенными в рамках программ Министерства энергетики США по исследованию нетрадиционных газов (UGR).

Например, первое использование азотной пены для эффективного стимулирования добычи газа из сланцевых скважин, открытие того, как природный газ хранится в угольных пластах и ​​трещиноватых сланцах, признание важности взаимосвязанных естественных трещин в добыче газа из таких коллекторов, первое использование направленного бурения в сланцевых коллекторах для повышения продуктивности за счет пересечения трещин, создание современных инструментов и методов для измерения свойств нетрадиционных пород-коллекторов и ранняя разработка методов микросейсмического мониторинга для картирования гидравлически созданных трещин ; это лишь некоторые из достижений, инициированных исследованиями, финансируемыми Министерством энергетики.Окупаемость этих ранних инвестиций отражается в коммерческих технологиях, которые делают возможным нынешнее расширение добычи нетрадиционного газа.

Сегодня, например, микросейсмическое картирование трещин играет ключевую роль в оптимизации способов гидравлического воздействия на газовые скважины на месторождении Barnett Shale Play в Северо-Центральном Техасе. Доказано, что месторождение содержит не менее 2,1 трлн куб. Футов природного газа, и некоторые отраслевые эксперты считают, что это крупнейшее наземное месторождение природного газа в Соединенных Штатах.Но первое систематическое применение микросейсмического картирования трещин было проектом, финансируемым Министерством энергетики США и осуществленным Лос-Аламосской национальной лабораторией в 1970-х годах. Последующие исследования, проведенные на площадке Multiwell Experiment (MWX) Министерства энергетики США в Колорадо в течение 1980-х годов, помогли усовершенствовать этот процесс. Хотя потребовалось два десятилетия, чтобы сделать эту технологию применимой для нормальной нефтегазовой деятельности, долгосрочная поддержка Министерства энергетики сыграла решающую роль в разработке коммерческих инструментов для микросейсмического мониторинга процедур гидроразрыва.

Кроме того, многие скважины на участке Барнетт пробурены горизонтально для пересечения трещин и увеличения дебита газа. Совместные усилия Министерства энергетики и промышленности в 1970-х годах привели к созданию первых наклонно-направленных скважин, предназначенных для пересечения трещин в девонских сланцевых пластах Аппалачского бассейна. Эти демонстрации с разделением затрат и извлеченные из них уроки подготовили почву для технологических достижений, ведущих к тому, что сегодня является широко применяемой практикой в ​​трещиноватых сланцевых месторождениях, таких как Барнетт и другие пласты.

Наибольшая часть нетрадиционного газа, добываемого сегодня, происходит из пластов песчаника с низкой проницаемостью (плотных) в Скалистых горах. На месторождении Рулисон в южной части бассейна Пайсенс в штате Колорадо тщательно выбранные места расположения скважин и технически совершенные проекты заканчивания скважин резко увеличивают объемы газа, которые могут быть извлечены из этих плотных песков. Однако база знаний и фундаментальная наука, лежащие в основе этих передовых методов, уходят корнями в работу, выполненную Министерством энергетики на его площадке MWX на месторождении Рулисон в 1980-х годах.Это исследование позволило сделать вывод, что новые отраслевые технологии могут быть экономичными. Многие из тех же уроков теперь применяются и в плотных песчаных резервуарах Вайоминга.

Оценка выгод от программ исследования нетрадиционного газа Министерства энергетики была подготовлена ​​и отражена в отчете Национального исследовательского совета под названием «Энергетические исследования в Министерстве энергетики: стоит ли оно того? Исследования в области энергоэффективности и ископаемых источников энергии с 1978 по 2000 годы», опубликованном в 2001 году. Совет сообщил о выгодах в виде нескольких миллиардов долларов дополнительных налоговых поступлений на уровне штата и федерального бюджета, триллионов кубических футов дополнительных поставок газа и миллиардов сбережений потребителей из-за снижения цен на природный газ, сопровождавшего увеличение поставок.

.

Нетрадиционные ресурсы — Энергетическое образование

Нетрадиционные ресурсы — это ресурсы, как правило, нефть или природный газ, которые не появляются в традиционных формациях и должны использовать специальные методы добычи или производства для получения топлива из месторождения. Что касается нефти и газа, то обычные месторождения представляют собой пористые и проницаемые породы под землей, содержащие крошечные связанные поровые пространства, содержащие нефть или природный газ. [1] Как правило, эти ресурсы заблокированы в геологических структурах, добыча которых нецелесообразна с экономической или технологической точки зрения, однако с развитием технологий они могут превратиться в жизнеспособные запасы ископаемого топлива. [2]

Нетрадиционные ресурсы используются все больше и больше, поскольку десятилетия добычи нефти и природного газа привели к широкому использованию традиционных ресурсов. Из-за этого постоянно внедряются новые технологии, которые позволяют более экономично добывать нетрадиционные нефть и газ, которые ранее было невозможно получить. Разработка этих нетрадиционных ресурсов имеет значительный экономический потенциал, поскольку, по оценкам, большая часть ресурсов нефти и газа находится в нетрадиционных месторождениях. [1]

Нетрадиционная нефть

Нетрадиционная нефть — это очень специфический тип нефти, получаемый методами, которые отличаются от методов добычи с использованием традиционных скважин. Этот тип нефти считается более дорогостоящим и сложным для добычи и переработки, а также более вредным для окружающей среды. [3] В общем, нетрадиционная нефть тяжелее и требует дополнительной обработки и обогащения. Нетрадиционная нефть включает сланцевую нефть, нефтеносные пески и сверхтяжелую нефть (месторождения природных битумов).В целом, только около 3% добычи нефти в 2009 году было получено из нетрадиционных источников нефти. [4] Хотя добыча нетрадиционной нефти сложнее и дороже, она становится все более распространенной, поскольку спрос на нефть растет, и проводятся дополнительные исследования, чтобы увидеть, как нетрадиционную нефть можно сделать более простой и рентабельной. производить.

  • Нетрадиционные ресурсы нефти
  • Рисунок 1. Песчаник, пропитанный битумом. [5]

Нетрадиционный природный газ

Нетрадиционный природный газ — это просто природный газ, полученный методами, отличными от традиционной добычи.Нетрадиционный природный газ может относиться к плотному газу — природному газу, заключенному в породах с низкой проницаемостью, сланцевому газу — природному газу, заключенному в сланце, или метану угольных пластов — природному газу, содержащемуся в угле. [1] Добыча природного газа из этих месторождений может быть проблемой, поскольку могут возникнуть аргументы о воздействии гидроразрыва на окружающую среду. Кроме того, использование воды при добыче метана из угольных пластов может быть проблемой для окружающей среды.

Ссылки

  1. 1.0 1,1 1,2 Регулятор энергетики Альберты. (3 июня 2015 г.). Что такое нетрадиционные нефть и газ? [Интернет]. Доступно: https://www.aer.ca/about-aer/spotlight-on/unconventional-regulatory-framework/what-is-unconventional-oil-and-gas
  2. ↑ Ричард Вольфсон. (3 июня 2015 г.). Энергия, окружающая среда и климат , 2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: 2012.
  3. ↑ Возможно множество источников, но см., Например: «Возникающие экологические последствия разработки нетрадиционной нефти в формации Баккен в бассейне Уиллистон в западной части Северной Дакоты» Венкатарамана Гадхамшетти, Намиты Шреста, Говинды Чилкур и Джеджала Редди Бати из Симвозиума ACS серия Vol 1216, 15 декабря 2015 года.Онлайн:

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments