Виды энергии и использование человеком. Виды энергии – известные человечеству типы энергии. Скрытая энергия вулканов

Содержание

Возобновляемые источники энергии: что это такое, их виды и способы использования

Виды энергии и использование человеком. Виды энергии – известные человечеству типы энергии. Скрытая энергия вулканов

Возобновляемая энергия – та, что добывается из пополняемых или неисчерпаемых источников.

За счет циклического характера процессов, протекающих в природе, некоторые источники пополняются при прохождении полного цикла, что позволяет использовать их регулярно в энергетической отрасли.

Другие вовсе неисчерпаемы, что положительно влияет на их доступность в глобальном масштабе.

Какие бывают источники энергии

Источники делятся на два основных вида:

  • невозобновляемые;
  • возобновляемые.

Первые включают ископаемые виды топлива, которые при добыче и израсходовании не восполняются природой. На данный момент они составляют ¾ от общего объема выработки и потребления энергии. Среди них нефть, газ, уголь.

Для возобновляемых обычно используется аббревиатура ВИЭ.

Для них характерно воспроизведение за счет естественных природных процессов, образуемых за счет действия следующих явлений: свечение солнца, круговорот воды, сила гравитации, ветер.

Отличие от альтернативных источников

Альтернативные источники включают возобновляемые и другие неископаемые виды энергии: водород, энергия расщепления.

Назначение альтернативных источников – поиск новых способов получения энергии, способных заменить традиционные виды.

Разработка новых методов выработки ведется с целью получения более выгодных при эксплуатации и менее вредных для экологии. Возобновляемые отвечают обоим требованиям.

Подробная классификация и виды ВИЭ

Нетрадиционные источники энергии группируются по двум признакам:

Первая классификация используется редко из-за низкой практической применимости, содержит три источника:

  • механические;
  • химические;
  • тепловые.

Вторая классификация разделяет возобновляемые источники по явлениям:

  • солнце;
  • ветер;
  • вода;
  • тепло земли;
  • биотопливо.

Энергия солнечного света

Солнечные панели в Европе

Ведущее положение среди возобновляемых источников занимает солнечный свет. Для извлечения энергии используются панели, на которых концентрируются солнечные лучи. После этого происходит нагревание и последующая выработка за счет взаимодействия элементов панели: бора и фосфора.

Панели могут устанавливаться на жилые дома, транспорт, а также составлять полноценные солнечные электростанции. Для размещения панелей важен ряд параметров: высота, климат, положение солнца. Используется полученная энергия для выработки электричества, отопления и нагрева воды. Мировая доля солнечной энергетики составляет 1,3% – 301 ГВт/ч.

Среди недостатков технологии выделяют высокую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (до 20%), что приводит к низкой экономической целесообразности использования солнечных панелей.

Энергия ветра

Ветряки

Другое явление, широко применяющееся в качестве источника, – ветер. Он возникает за счет разницы давления в атмосфере и обладает кинетическим потенциалом. Это используется при работе ветроэнергетических установок (ВЭУ) – башни с вращающимися лопастями.

Основание башни бывает стационарным, плавучим. Разработка плавучих связана с тем, что оптимальное место установки ВЭУ – прибрежная зона в 10-12 километрах от берега. Стационарные размещают в море, если глубина и рельеф дна позволяют, на равнинной местности.

Главный недостаток ветра – непостоянность. Для избегания этого фактора инженеры заранее анализируют предполагаемую область размещения ВЭУ с учетом силы и направления ветра. Мировая доля ветряной энергетики составляет 2,6% – 600 ГВт/ч.

Использование энергии воды

Для воды характерно то, что сразу несколько ее свойств используются для получения энергии. Напор используется для работы гидроэлектростанций – самый распространенный способ. Менее распространенные методы связаны с приливами, отливами, волнами, течениями, разницей температур на поверхности и глубине.

Вода – возобновляемый источник, составляющий ¾ от объема. Среди всех источников гидроэнергетика дает примерно 15%. За счет круговорота воды в природе обеспечивается энергетическая стабильность.

ГЭС в России

Энергия водного потока

Основной источник в гидроэнергетике – напор. Для этого строятся гидроэлектростанции (ГЭС), перекрывающие русла рек. Образовывающиеся водохранилища и разница уровней воды создают напор, вращающий турбины, от которых генераторы вырабатывают электричество.

ГЭС представляют собой плотины и влекут локальные изменения экосистемы: перекрытие доступа к нерестилищам, затопление территории, образование новых мест обитания водоплавающих. На ГЭС предусмотрена возможность регулирования уровня подачи воды и выработки энергии.

Гидроэнергетика обеспечивает 16% мирового производства энергии, что составляет 25 тысяч ТВт/ч. Например, Парагваю она дает 100% вырабатываемой энергии. Годовая выработка китайской ГЭС «Три ущелья» составляет 98 ТВт/ч – это самая мощная ГЭС в мире.

Энергия приливов и отливов

За счет действия гравитации Луны и Солнца на Земле существует явление приливов и отливов. Во время прилива уровень воды поднимается, по аналогии с действием ГЭС во время отлива может вырабатываться энергия.

Для этого в прибрежных районах сооружают приливные электростанции (ПЭС) с генераторами, насосными установками. Последние необходимы в период отсутствия приливов и отливов.

Такие электростанции не распространены из-за высокой стоимости строительства, нестабильности работы.

Потенциальная энергия волн

По аналогичной схеме извлекается энергия из волновых движений. Конструкция волновых электростанций, состоящая из поршней, размещенных в специальных отсеках, называется «Морской змей». Внутри них – генераторы и гидравлические двигатели. При прохождении волн кинетическая энергия трансформируется в электрическую за счет волновых колебаний. Недостаток системы – неустойчивость к штормам.

Часть проекта волновой электростанции (Сочи)

Энергия температурного градиента в океане

Вода имеет разную температуру на поверхности и на глубине, что позволяет генерировать энергию. Для этого разрабатываются геотермальные станции, для которых выбирается подходящее место в акватории океана. Для работы активно задействуется солнечное излучение, которое формирует температуру поверхности воды.

Геотермальная энергия недр Земли

Геотермальная станция в Исландии

Земные недра содержат огромное количество энергии, которая сама в некоторых местах вырывается наружу в виде гейзеров и вулканов.

Пар и выбросы воды в гейзерах используются для работы геотермальных теплоэлектростанций (ГеоТЭС).

Для доступа к источникам бурятся скважины к недрам земли глубиной до полутора километров. Вода подается для отопления или используется для выработки энергии.

Данный вид получения энергии отличается стабильностью и, например, в Исландии дает четверть всего электричества. Основное распространение ГеоТЭС получили в местах действия вулканов и горячих источников. Кроме Исландии, велика доля (более 10%) в следующих странах: Филиппины, Сальвадор, Коста-Рика, Кения, Новая Зеландия, Никарагуа.

Биоэнергетика и биотопливо

Два понятия, тесно связанные друг с другом, – биоэнергетика и биотопливо. Биотопливо в данном случае – источник энергии. К топливу относится сырье, получаемое при переработке биологических отходов живого или растительного происхождения: этанол, метанол, биодизель.

Биотопливо принадлежит к одному из трех поколений:

ПоколениеСостояние топливаИсточники
ПервоеТвердое, жидкое, газообразноеДревесные продукты (брикеты, дрова, опилки), торф, этанол, метанол, биодизель, биогаз, биоводород, метан, другие
ВтороеЖидкость, образуемая пиролизом биомассыВодоросли, древесина хвойных пород
ТретьеЖидкоеВодоросли с высоким содержанием масла

Ведущее место в производстве и потреблении биотоплива занимает Бразилия, на долю которой приходится до 45% мирового объема.

Плюсы и минусы использования ВИЭ

ВИЭ снижают негативное влияние на окружающую среду, заключающегося в парниковом эффекте, за счет восстанавливаемых естественным образом ресурсов. Как и для других отраслей экономики, энергетике необходима диверсификация, позволяющая избежать зависимости от одного вида сырья.

Из негативных факторов на первый план выходит стоимость внедрения объектов инфраструктуры, которая значительно влияет на итоговую стоимость энергии. Многие виды ВИЭ имеют нестабильный характер и не могут на регулярном уровне обеспечивать потребности в требуемом объеме.

Применение в современной России

Солнечная электростанция на Урале

Ведущую роль в энергосистеме России играют нефть и газ, обеспечивающие 75% потребления страны. Еще 15% дает уголь, только 10% – ВИЭ и атомная энергетика. Высокая степень обеспеченности энергоресурсами делает отрасль маловосприимчивой к изменению текущего баланса. России располагает значительными запасами как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов.

Из возобновляемых источников две трети – гидроэнергетика. Остальные виды в незначительных масштабах представлены в разных регионах страны:

ВидРегион выработки
СолнечнаяКраснодарский край, Кавказ
ВетрянаяУльяновская область, Камчатка, Чукотка, Краснодарский край, Башкортостан
ГеотермальнаяСахалин, Курильские острова, Камчатка, Кавказ
ВолноваяБаренцево море

Мировые тенденции использования возобновляемых источников

Начиная с XXI века в мире произошел стремительный рост выработки энергии из возобновляемых источников:

  • в 22 раза за 13 лет выросла ветряная энергетика;
  • в 430 раз за 10 лет выросла солнечная энергетика.

В некоторых регионах приняты государственные программы, призванные увеличить долю энергии, получаемой из возобновляемых источников до 75-100%. Также инициатива исходит от крупнейших корпораций, стремящихся получать 100% из ВИЭ: IKEA, Apple, Google.

Необходимость внедрения ВИЭ

Нетрадиционные виды энергетики призваны заменить действующие, ресурсы которых ограничены. Своевременное внедрение ВИЭ позволит избежать энергетического кризиса, экологических проблем на планете. Некоторые страны способны полностью покрыть свои потребности за счет ВИЭ: Шотландия, Ирландия, Дания. Из-за нестабильного характера источников это не происходит на регулярной основе.

Статистические данные и прогнозы

Прогнозы разных специалистов относительно использования возобновляемых источников регулярно корректируются. Коррекция связана как с развитием нетрадиционных способов, так и традиционных.

Одновременно с открытием новых способов выработки энергии, совершенствованием методов, осуществляется разработка и ввод новых месторождений нефти и газа.

По одному из прогнозов к 2040 году на ВИЭ придется до половины мирового объема энергетики.

Страны-лидеры по использованию ВИЭ

Дом с солнечной панелью в США

Среди лидеров по применению ВИЭ выделяются как мировые державы, так и малые страны. Среди мировых держав лидеры – США и Китай. Их лидерство выражается в количественном, а не долевом соотношении.

Среди малых стран есть те, которые полностью или большей частью обеспечивают себя за счет возобновляемых источников энергии: Исландия, Дания, Уругвай, Коста-Рика, Никарагуа.

Высока доля в развитых странах: Великобритании и Германии.

Возобновляемые источники будущего

Яркий пример среди известных возобновляемых источников будущего – водород. Элемент уже активно применяется в ракетном топливе. Ведутся разработки для его широкого применения в транспорте. Непосредственно водород не имеет вредных выбросов в атмосферу, но в чистом виде активно не применяется из-за воспламеняемости при контакте с воздухом, износа элементов двигателя при взаимодействии.

Перспективы ВИЭ

Примеры России и Германии в значении себестоимости производства энергии показывают причину, по которой возобновляемые источники составляют меньшую долю относительно невозобновляемых:

ИсточникСебестоимость 1 КВт/ч в России (руб.)Себестоимость 1 КВт/ч в Германии (евро)
Уголь, нефть, газ0,22-0,350,03-0,05
Атомная0,20-0,500,03
Вода0,15-0,200,04
Ветер0,30-0,900,09
Солнце0,35-1,500,54

Следующая задача после обеспечения энергией – переход на возобновляемые источники.

Технически перейти на возобновляемые источники возможно, но экономически они проигрывают традиционным, поэтому полный переход в ближайшие десятилетия маловероятен.

Он произойдет только в отдельных регионах с развитым высокотехнологичным сектором и с отсутствующими невозобновляемыми ресурсами – страны Северной Европы.

Государственная поддержка влияет на внедрение ВИЭ, правительства разных регионов имеют специальные программы для компаний, использующих энергию, полученную из возобновляемых источников. Такие программы включают гранты, льготное налогообложение для ответственных компаний.

Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

Виды энергии и использование человеком. Виды энергии – известные человечеству типы энергии. Скрытая энергия вулканов

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?

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)

1. Солнечная энергия

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.

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

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 России

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

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

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?

Виды источников энергии и их влияние на окружающую среду

Виды энергии и использование человеком. Виды энергии – известные человечеству типы энергии. Скрытая энергия вулканов

Энергия – это то, без чего невозможно существование не только человека, но и всего живого на земле. Поэтому вопросы, связанные с использованием различных источников энергии и их воздействия на окружающую среду будут стоять перед человечеством всегда.

И если вопрос возобновляемости таких источников рано или поздно будет решен, то проблемы влияния на экологию планеты создаваемых людьми энергетических систем, будь то гидроэлектростанции, атомная энергетика или солнечные батареи вряд ли когда-нибудь потеряют свою актуальность.

Основные виды энергии, необходимой для жизни на планете и деятельности человека

Существуют разные классификации видов энергии. Одна из них – по форме, в которой она поступает на службу человеку. При этом количество энергии – величина постоянная. Происходит лишь перетекание её из одной формы в другую при помощи разного типа энергоносителей в ходе различных химических и физических процессов. Основными видами энергии на земле являются:

  • химическая;
  • лучистая (энергия света);
  • тепловая;
  • гравитационная;
  • кинетическая;
  • электрическая;
  • ядерная.

Каждый из известных источников энергии даёт возможность получать как один, так и несколько её видов одновременно. Например, солнце – источник тепла, света и целого спектра других видов излучения. При этом солнечная батарея производит электрическую энергию, которая затем снова трансформируется в свет и тепло. Все виды энергии тесно связаны между собой.

Типы энергии ещё принято делить на:

  • потенциальную (например, любое тело на земле, даже находясь в покое, обладает потенциальной энергией, источником которой является земная гравитация);
  • кинетическую (то есть, связанную с любым видом движения).

Энергия также может являться:

  • первичной (непосредственно исходящей от источника, например, солнечный свет, тепло);
  • вторичной (возникающей в процессе преобразования первичной энергии, например, электрическая).

Следует заметить, что преобразование одного вида энергии в другой не является изобретением человека. Такие процессы присутствовали в природе всегда, они лежат в основе существования всего живого и самой планеты. Человек лишь сумел изучить законы, по которым они развиваются, и попытался поставить их себе на службу.

Так, например, химическая энергия, возникающая в процессе потребления людьми растительной или животной пищи, в процессе обмена веществ преобразуется в тепловую, поддерживающую температуру его организма, и кинетическую, дающую возможность работать его органам, а телу двигаться, снова отдавая энергию природе в виде тепла и химических процессов.

Такое перетекание энергии происходит постоянно, и до определённой поры человек не имел возможности вмешаться в этот процесс. Всё изменилось, когда он научился сознательно использовать её источники.

Например, использование энергии пара стало величайшим открытием человечества перед изобретением электричества и совершило техническую революцию в XIX веке.

Тепловая энергия горящего дерева, угля или нефтепродуктов, нагревая котёл с водой, преобразовывалась в кинетическую энергию пара, приводящего в движение промышленные станки, двигатели паровозов и пароходов. Началась эра активного воздействия человека на окружающую среду, но к чему это может привести, стало понятно далеко не сразу.

Основные виды источников энергии

Таких видов существует несколько и, возможно, в ходе технического прогресса к ним добавятся новые. Их классификации могут иметь в своей основе разные принципы. Наиболее глобальным из таких принципов является конечность источника либо способность его к возобновлению. На этой основе все они делятся на две большие группы:

  • возобновляемые;
  • невозобновляемые.

К возобновляемым источникам принято относить:

  • Солнце;
  • воздух (ветер);
  • воду;
  • гравитацию;
  • геотермальные источники (вулканы, гейзеры и другие, основанные на термических процессах внутри Земли);
  • биосфера планеты (как источник биологической массы растений).

Строго говоря, практически все перечисленные источники правильнее было бы назвать условно-возобновляемыми, так как не существует ничего вечного. Ядерные процессы, идущие на Солнце и в недрах Земли, которые сегодня являются мощнейшим источником энергии, безусловно конечны.

Движение воды и воздуха возможно лишь при наличии таковых. О возобновляемости биомассы растений и говорить не приходится. Однако в обозримом будущем при отсутствии глобальных катастроф данные источники действительно представляются неистощимыми.

По крайней мере, в результате деятельности человека.

С невозобновляемыми источниками дело обстоит совсем иначе. Их истощение в процессе эксплуатации людьми происходит на наших глазах. Основные их виды:

  • дерево;
  • уголь;
  • нефть;
  • газ;
  • химические элементы, являющиеся источником радиоактивного излучения.

Использование дерева давно перестало быть актуальным ввиду катастрофического оскудения его запасов. Уничтожение лесов, наверное, самый первый значимый ущерб, который был нанесён природе энергетической деятельностью человека. Ещё в XX веке стало понятно, что истощение запасов нефти, газа и угля – перспектива не только реальная, но и достаточно близкая.

Некоторые учёные уже пытаются точно рассчитать, когда это произойдёт. В качестве реального источника энергии в обозримом будущем остаются процессы ядерного распада, лежащие в основе атомной энергетики, где источникам в ближайшее время истощение не грозит.

К сожалению, современный уровень развития технологий и достижения ядерной физики пока не могут гарантировать полную безопасность подобных процессов.

Именно системный кризис энергетики, а также сложная экологическая обстановка заставляют сегодня человечество всё чаще задумываться о возвращении к возобновляемым природным источникам.

Влияние на окружающую среду

Вторжение человека в природную энергетическую и экологическую системы планеты не может не отражаться на состоянии окружающей среды. Где-то такое воздействие почти незаметно, но где-то оно носит катастрофический характер.

Принято считать, что практически все возобновляемые источники энергии являются экологически безопасными. Это не совсем верно. Да, большинство из них действительно не наносят вреда окружающей среде, и в этом их огромное преимущество.

Многие учёные считают, что само выживание человечества будет зависеть от того, сумеет ли оно полностью заменить ими виды, наносящие вред экологии.

Солнце, воздух, гравитация и тепловая энергия Земли действительно являются «чистыми» источниками энергии, использование которых абсолютно безопасно для окружающей среды.

Однако практически все они в настоящее время имеют слишком низкий КПД для того, чтобы полностью заменить собой экологически «вредные» источники.

Большое будущее пророчат солнечным электростанциям после того как люди научатся более эффективно преобразовывать энергию звезды в электрическую на любых широтах и при любой погоде. Надо отметить, что положительные сдвиги в этом направлении наблюдаются уже сейчас.

Солнечные панели, бывшие очень дорогими эксклюзивными установками для научных и государственных нужд, уже стали доступны для рядового потребителя, всё чаще выбирающего данный вариант электроснабжения для своего дома.

К сожалению, всё сказанное о возобновляемых источниках не относится к гидроэлектростанциям и установкам, работающим на биологическом топливе.

Влияние последних пока недостаточно изучено, однако не вызывает сомнений, что любое вторжение человека в структуру биосферы, нарушающее биобаланс в природе, может иметь самые печальные последствия.

С последствиями же использования рек для строительства гидроэлектростанций человечество знакомо достаточно хорошо.

Всплеск популярности данного вида электростанций относится к первой половине XX века. Тогда казалось, что вращающая турбины вода из естественного источника (перекрытой шлюзами и, как правило, сильно изменившей русло реки) является оптимальным вариантом экологически чистого и практически вечного источника энергии.

То, что при таком вольном обращении с реками разрушается экосистема целых регионов, лежащих вверх и вниз по течению, люди заметили не сразу.

Тревогу забили, когда в результате обезвоживания или, наоборот, заболачивания огромных территорий началась массовая гибель сначала рыбы, затем – животных и птиц, выветривание почв из-за потери лесов, истощение сельскохозяйственных земель из-за недостатка воды в засушливых районах и многое другое.

Сегодня к строительству гидросооружений подходят с гораздо большей осторожностью, стараясь грубо не нарушать сложившуюся экосистему рек. Однако полностью избежать неблагоприятных воздействий очень трудно.

Но все остальные опасности блекнут на фоне того, что происходи с окружающей средой в результате эксплуатации тепловых электростанций. Основанные на энергии, получаемой в результате сжигания того или иного вида топлива, они по сей день представляют собой главный источник электроэнергии на планете.

Они действительно эффективны и неприхотливы в использовании, могут работать на нефтепродуктах, газе, угле и любых других горючих материалах, что позволяет вырабатывать максимально дешевое электричество.

Однако вред, наносимый теплоэлектростанциями окружающей среде, несопоставим с причиняемым всеми остальными их видами вместе взятыми.

Безусловно, свою долю в загрязнение вносит также применение перечисленных энергоносителей и продуктов их переработки в других областях, прежде всего на транспорте и в промышленности.

Сжигание угля, нефти, газа и других видов топлива, независимо от сферы их применения, кроме прямого загрязнения атмосферы, почвы и воды, приводит к колоссальным выбросам углекислого газа, которые, по мнению специалистов, являются главной причиной так называемого парникового эффекта.

В более долгосрочной перспективе запускаемые ими процессы ведут к катастрофическим изменениям климата на планете со всеми вытекающими из этого последствиями.

На атомные электростанции многие сегодня возлагают большие надежды. При правильной работе они эффективны, безопасны для людей и окружающей среды, дают относительно недорогую электроэнергию.

Если учёным удастся полностью взять под контроль процесс распада атомного ядра и поставить его на службу людям, человечество будет обеспечено чистым, доступным и дешевым источником энергии на много веков вперёд.

К сожалению, пока огромным минусом данного вида электростанций являются катастрофические неподвластные человеку последствия, которые может повлечь за собой любая их авария.

Виды источников энергии и их использование

Виды энергии и использование человеком. Виды энергии – известные человечеству типы энергии. Скрытая энергия вулканов

Люди используют различные виды энергии для всего, от собственных движений до отправки космонавтов в космос.

Существует два типа энергии:

  • способность совершить (потенциальная)
  • собственно работа (кинетическая)

Поставляется в различных формах:

  • тепла (тепловая)
  • свет (лучистая)
  • движение (кинетическая)
  • электрическая
  • химическая
  • ядерная энергия
  • гравитационная

Например пища, которую человек ест содержит химическую и тело человека хранит её  пока он или она израсходует как кинетическую во время работы или жизни.

Классификация видов энергии

Люди используют ресурсы разных видов: электричество в своих домах, добываемое  путем сжигания угля, ядерной реакции или ГЭС на реке. Таким образом, уголь, ядерная и гидро называются источником. Когда люди заполняют топливный бак бензином источником может быть нефть или даже выращивание и переработка зерна.

Источники энергии делятся на две группы:

  • Возобновляемые
  • Невозобновляемые

Возобновляемые и невозобновляемые источники можно использовать в качестве первичных для получения пользы, такого как тепло или использовать для производства вторичных энергетических источников, таких, как электричество.

Когда люди используют электричество в своих домах, электроэнергия вероятно создается сжиганием угля или природного газа, ядерной реакции или ГЭС на реке, или из нескольких источников. Люди используют для топлива своих автомобилей сырую нефть (невозобновляемая), но могут и биотопливо (возобновляемая) как этанол, который производится из переработанной кукурузы

Возобновляемые

Есть пять основных возобновляемых источников энергии:

  • Солнечная
  • Геотермальное тепло внутри Земли
  • Энергия ветра
  • Биомасса из растений
  • Гидроэнергетика из проточной воды

Биомасса, которая включает древесину, биотопливо и отходы биомассы, является крупнейшим источником возобновляемой энергии, на которую приходится около половины всех возобновляемых и около 5% от общего объема потребления.

Невозобновляемые

Большая часть ресурсов, потребляемых в настоящее время  из невозобновляемых источников:

  • Нефтепродукты
  • Углеводородный сжиженный газ
  • Природный газ
  • Уголь
  • Ядерная энергия

На невозобновляемые виды энергии приходится около 90% всех используемых ресурсов.

Сырая нефть, природный газ и уголь представляют ископаемые виды топлива, поскольку они были сформированы в течение миллионов лет под действием Солнца, тепла от ядра земли и давления почвы на остатки (или окаменелости) из отмерших растений и существ как микроскопическая диатомия. Большинство нефтяных продуктов, потребляемых в мире изготовлены из сырой нефти, но нефтяные жидкости также могут быть сделаны из природного газа и угля.

Ядерная  энергетика работает  больше на уране, источнике невозобновляемого топлива, чьи атомы делятся (с помощью процесса, называемого ядерным делением) для создания тепла и, в конечном счете, электричества.

Основным видом энергии, потребляемой во многих странах являются нефтепродукты, природный газ, уголь, ядерное и возобновляемое топливо.

Основными пользователями этих запасов являются жилые и коммерческие здания, промышленность, транспорт и электроэнергетика. Характер использования топлива широко варьируется в зависимости от системы применения.

Например, нефть обеспечивает 92% топлива, используемого для транспортировки, но  обеспечивает лишь около 1% ресурсов, используемых для выработки электроэнергии.

Понимание взаимосвязей между различными видами энергии  и её использование дает представление о многих важных вопросах энергетики.

Первичная энергия

Первичная энергия как вид включает в себя нефть, природный газ, уголь, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.

Электричество является вторичным источником, который создается с помощью этих первичных форм. Например, уголь является первичным источником, который сжигается на электростанциях для выработки электроэнергии, которая является вторичным источником.

Первичные виды энергии обычно измеряются в различных единицах, например, баррелях нефти, кубометрах газа, тоннах угля. Также используется общая единица измерения британская тепловая единица, или БТЕ, для измерения содержания для каждого типа.

1 Гкал/час = 1,163 МВт

1 Вт = 859.8 кал/час

1 Вт = 3.412 BTU/час

BTU – британская тепловая единица (БТЕ) Россия потребляет квадриллионы БТЕ.

В терминах физических величин, один квадриллион составляет примерно 172 миллиона баррелей нефти, 51 млн. тонн угля или 1 трлн. куб. м газа.

На нефть приходится наибольшая доля в потреблении первичной энергии, затем природный газ, уголь, атомные электростанции и  возобновляемые источники энергии (включая гидроэнергию, ветра, биомассы, геотермальные, солнечные).

Как распределяются виды энергии в каждой системе

Различные виды энергии  используются в жилых и коммерческих зданиях, на транспорте, в промышленности и электроэнергетике.

Электроэнергетическая система является крупнейшим потребителем первичной и используется для выработки электроэнергии. Почти вся электроэнергия используется в зданиях и промышленности.

Общее количество электроэнергетической системы, используемой в жилых и коммерческих зданиях, промышленности и транспорте огромное.

Почти все ядерное топливо используется в электроэнергетической системе для выработки электроэнергии. Её доля в России составляет 18% от первичной энергии. Во Франции – 75%, Венгрии – 52% , Украине – 56%. В среднем в мире порядка 10%.

Смесь первичных источников широко варьируется в различных системах спроса.

Энергетическая политика, призванная повлиять на использование конкретного основного источника с целью повлиять на  окружающую среду, экономическую или энергетическую безопасность сосредоточивается на системах, которые являются основными пользователями этого типа энергии. Например, 71% нефти используется в транспортной системе, где она потребляет  92% от общего объема первичного энергопотребления.

Политика по сокращению потребления нефти чаще всего относится к транспортной системе. Эта политика обычно стремится увеличить эффективность автомобильного топлива или поощрять развитие  альтернативных видов топлива.

Около 91% угля и только 1% из нефти, используется для выработки электроэнергии, что выявляет стратегию, влияющую на выработку электроэнергии, и имеет гораздо большее значение на использование угля, чем использование нефти.

Некоторые первичные виды энергии, такие как ядерная и угольная, полностью или преимущественно используются для добычи электричества. Другие, такие как природный газ и возобновляемые источники, более равномерно распределены по системам. Аналогичным образом сейчас транспорт почти полностью зависит от одного вида топлива (нефтяного).

Однако электроэнергетика с внедрением новых технологий больше использует различные источники энергии для выработки электричества. Например, идут практические реализации для получения электричества из биомассы.

Изменяется ли потребление топлива с течением времени

Источники потребляемой энергии с течением времени меняются, но изменения происходят медленно. Например, уголь когда-то широко использовался в качестве топлива для отопления домов и коммерческих зданий, однако конкретное использование угля для этих целей сократилось за последние полвека.

Хотя доля возобновляемого топлива от общего потребления первичной энергии еще относительно невелика, его использование растет во всех отраслях. Кроме того, использование природного газа в электроэнергетике возросло в последние годы из-за низких цен на природный газ, в то время как использование угля в этой системе сократилось.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.