10 лучших альтернативных источников энергии: описание, достоинства

Количество потребляемой людьми энергии с каждым годом только возрастет. Повседневная жизнь человека во многом зависит от наличия электроэнергии, от ее бесперебойной работы. Но существующие электростанции наносят значительный вред экологии. Выход из этой ситуации ученые видят в использовании альтернативных источников энергии.

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативный источник энергии ­­— сооружение, которое позволяет получать необходимый вид энергии и заменяет традиционные источники энергии, которые работают при помощи угля, нефти или газа. 

Такие устройства не наносят вред экологии. Энергия, вырабатываемая ими, обходится населению дешевле, чем электроэнергия, полученная от традиционных источников. Альтернативная энергетика использует возобновляемые ресурсы.

Классификация

К основным альтернативным источникам энергии относят:

• солнечный свет;
• ветер;
• биотопливо;
• водные потоки;
• геотермальное тепло;
• грозы.

Солнечные

Энергия солнца преобразуется в электричество при помощи солнечных батарей. Такие установки бывают термодинамическими и фотоэлектрическими.

Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) модифицируют энергию фотонов непосредственно в электрическую. 

Термодинамическое оборудование преобразовывает солнечную энергию поэтапно: в тепловую, затем механическую и электрическую. В их структуру входят турбина и генератор.

Солнечное излучение имеет специфические особенности:

• сезонность;
• суточная цикличность;
• низкая плотность энергетического потока;
• зависимость от метеорологических условий.

Первые две особенности делают невыгодным строительство солнечных электростанций в северных странах. Солнечные установки требуют тщательного ухода, своевременной замены фотоэлементов. Необходима специальная система утилизации использованных элементов, так как они содержат свинец и мышьяк. Выработка больших объемов энергии требует значительных площадей. 

Использование солнечного электричества распространено в теплых странах. Например, в Израиле его используют для нагрева 80% воды, необходимой для населения. 

Ветряные

Ветряные станции способны преобразовывать кинетическую энергию ветра в другие виды энергии. Для производства механической энергии используют ветряные мельницы. Для получения электричества — ветрогенераторы. Ветряные ЭС состоят из: ветродвигателя, генератора и системы автоматического управления, сооружений и оборудования для обслуживания станции. Конструкции ветрогенераторов могут быть различными.

Строительство ветряных электростанций обходится недорого. Однако существуют недостатки в использовании:

• небольшая мощность;
• зависимость от погодных условий;
• высокий уровень шума (крупные станции выключают в ночное время);
• ветрогенераторы могут создавать помехи для радиоволн и воздушного сообщения;
• в районах, находящихся поблизости от таких ЭС, наблюдается изменение воздушных потоков и климата.

Наиболее распространены ветряные электростанции в Дании, Германии, Ирландии, Испании, Португалии.

ГЭС

Для строительства гидроэлектростанций (ГЭС) нужны реки с постоянным мощным водным потоком. Для создания определенного напора строят плотины и водохранилища. Водный напор воздействует на гидротурбины, которые в свою очередь приводят в действие электрогенераторы. 

Большая стоимость строительства ГЭС компенсируется дешевым электричеством, которое вырабатывается на таких станциях. К преимуществам данного альтернативного источника относится возможность регулирования мощности и выработки электроэнергии.

Приливные электростанции

Энергия приливов зависит от уровня подъема и спада воды. Месторасположение приливных станций находится на побережье, где перепад воды достигает 5 метров. Для обустройства такой ЭС перекрывают залив или устье реки плотиной. Плотина снабжена отверстиями, через которые вода поступает в бассейн, турбинами и генератором. В бассейн вода поступает во время приливов. После его наполнения отверстия закрывают. Во время отлива в море уровень воды снижается, с усилением напора воды начинают работать электрогенераторы и из бассейна уходит вода. Цикличность приливов (два раза в сутки) не всегда совпадает с нормами потребляемого электричества. Но в силу изученности приливных процессов этот источник предсказуем.

Одним из значительных его недостатков является воздействие на экологию — нарушается обмен пресной и соленой воды, что влияет на жизнь морских растений и животных. Приливные ЭС могут вызывать изменения климата, скорость и место перемещения морских вод. 

Волновые

Волновые электростанции превращают потенциальную энергию волн в кинетическую энергию пульсаций, усилие которых направлено на вращение вала электрогенератора. Мощность волн выше, чем мощность ветра и солнца.

По способу расположения на воде различают три типа установок:

• камеры, частично погруженные в воду;
• поплавки;
• сооружения с искусственным атоллом.

Кинетическая энергия волн с таких установок передается через кабель на станции, которые находятся на суше. Данный вид энергии является затратным, поэтому используется мало. Географическое положение не всех стран позволяет организовать удобный доступ к воде. 

Геотермальные

Геотермальные источники для преобразования в электричество используют внутреннее тепло Земли (пар, горячая вода). Такие места расположены в вулканических районах. Чтобы к ним добраться, необходимо пробурить скважину глубиной от 3 до 10 км. 

Геотермальные станции используют один из трех подходов для получения электричества:

1. Прямой. Пар из недр Земли поступает в турбины, которые связаны с электрогенератором, по трубам.
2. Непрямой. Изначально из пара удаляют газы, влияющие на целостность труб. 
3. Смешанный. Пар, поступивший в турбины, путем конденсации превращают в воду, а уже воду очищают от вредных газов. 

Геотермальные установки могут вызвать сейсмическую активность или оседание почвы. Газы, поступающие из-под земной поверхности, могут нести опасность для здоровья и окружающего мира (углекислый газ, сероводород). 

Геотермальные ЭС распространены в Мексике, США, Филиппинах, Исландии, Индонезии.

Возобновляемое топливо

К возобновляемому виду относится биотопливо, которое бывает трех поколений:

1. К первому относится биотопливо, получаемое в результате переработки отходов (метан, дизель).
2. Второе поколение представлено топливом, получаемым от гниения растительных и животных остатков (биомасса).
3. Биотопливо третьего поколения производится из водорослей.  

Некоторые сельскохозяйственные предприятия используют газ, выделяемый от гниения навоза, и таким образом обеспечивают свою деятельность электроэнергией. Производство такой энергии по большей части является безотходным. Сухие остатки используют для подкормки полей. 

Грозовая энергетика

Грозовая энергетика является одним из малоизученных, но перспективных альтернативных источников энергии. Она основывается на получении, накоплении и переработке энергии молний. Недостаток данного ресурса заключается в перемещении грозовых фронтов и высокой скорости молний, которые усложняют процесс накопления их энергии. 

Другие источники

Наряду с использованием и развитием основных альтернативных источников энергии исследователи занимаются поисками других вариантов. Среди них можно выделить:

1. Криоэнергетика. Китаец Юлон Дин подал идею утилизировать избыточно генерируемую энергию при помощи сжижения азота (атмосферного воздуха) в криогенных установках. Используется такая энергия в случае нестабильной работы солнечных или ветровых ЭС. Для усвоения лишнего электричества воздух охлаждается в установке до –196 градусов по Цельсию. Вследствие этого образуется жидкая смесь кислорода и азота, которая хранится в специальном закрытом термосе при атмосферном давлении.  В случае нагрузки на сети жидкий воздух подается в испаритель, расширяется и приводит в действие турбину. В 2010 году была создана первая пробная криогенная установка. Проект оказался успешным и в следующем году в Слау (Британия) была запущена аккумулирующая станция, работающая с помощью жидкого воздуха.
2. Гравитационная энергетика. Исследователи пришли к выводу, что гравитационное поле Земли можно использовать в качестве источника энергии. В состав гравитационной ЭС входят: подъемный канал; верхний отсек с теплообменниками и компрессором, которые покрыты слоем капилляров; опускной канал; нижний отсек с гидротурбиной. Капиллярная структура всасывает жидкость, которая поднимается из нижнего отсека. При попадании жидкости внутрь капилляра тепло из теплообменника испаряет жидкость. Выходящий наружу пар сжимает компрессор, и он поступает в теплообменник. При сжатии пара температура повышается, что приводит к температурному напору между жидкостью и паром. Пар конденсируется, конденсат проходит по опускному каналу и поглощает энергию гравитационного поля и передает ее гидротурбине и электрогенератору. 
3. Управляемый термоядерный синтез. Энергия выделяется при высоких температурах в процессе слияния легких атомных ядер. 

Перспективы развития

Основная перспектива развития альтернативных источников энергии заключается в возможности использования электричества, не истощая при этом невосполнимые запасы нефти, газа и угля.

Среди преимуществ нетрадиционных видов энергетики выделяют:

• доступность — строительство большинства альтернативных ЭС не зависит от географического положения страны (за исключением геотермальных и волновых);
• экологичность — данные источники не выбрасывают в атмосферу вредные вещества в процессе преобразования энергии;
• экономичность — низкая себестоимость полученной энергии.

Основными проблемами, замедляющими развитие альтернативной энергетики, являются:

• высокая стоимость строительства ЭС и оборудования;
• влияние внешних и климатических факторов;
• низкая мощность большинства установок и небольшой КПД;
• работа некоторых из альтернативных ЭС приводит к изменениям в климате (плотины ГЭС).

Больше информации по различным видам источников энергии предоставят специалисты сервиса Феникс.Хелп, выполнив курсовую или дипломную работу по данной теме.