Какие есть виды возобновляемой энергии

Спрос на энергию и понимание того, что запасы ископаемого топлива не бесконечны, привели к поиску возобновляемых ресурсов. Широко используется гидроэлектроэнергия: в Норвегии и Бразилии на ее долю приходится более 90% всей электроэнергии. Нефтяной кризис в 1970-х возобновил интерес и к энергии ветра, например, в Германии, США, Дании и Индии.

Гидроэлектроэнергия. Гидроэлектростанции используют падающую воду для вращения турбин, соединенных с генератором. Станции строят на водопадах либо сооружают плотину на реке.

В районах, где потребление электричества меняется в течение суток, строят гидроаккумуляторные станции. В периоды малого потребления воды избыточная энергия используется для изменения направления потока воды и наполнения резервуара позади плотины. Накопленная вода используется в периоды наибольшего потребления воды для выработки дополнительной энергии.

За. Текущие издержки невелики, и гидроэлектростанции не создают вредных отходов. Сооружаемые плотины помогают регулировать сезонные подъемы воды и дают воду для ирригации.

Против. Высокие расходы на строительство. Плотины могут затопить большие площади земли, нарушив экологическое равновесие прилегающих территорий.

Крупнейшие ГЭС. Мощность станции Итаипу на реке Парана (граница Бразилии и Парагвая) 12 600 МВт. Проектируемая станция «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае по окончании строительства в 2009 будет иметь мощность 18 200 МВт.

Поток энергии Растянувшийся на 7744 м ряд плотин, составляющий комплекс Итаипу на границе Бразилии и Парагвая, соединяется с 18 генераторными установками, мощность каждой из которых 700 МВт. Энергия, получаемая от реки Парана, составляет 25% всей вырабатываемой в Бразилии электроэнергии и 78% выработки энергии в Парагвае.

Выработка энергии. Гидроэлектростанции (справа) вырабатывают энергию, перегораживая поток реки перед плотиной и регулируя ее дальнейшее направление

Энергия прилива и ветра. Специальные гидроэлектростанции используют силу прилива при помощи плотин в устье реки. Во время прилива шлюзные ворота открыты и пропускают поток воды через плотину. При полной воде шлюзные ворота закрываются и задерживают воду, которая используется для выработки энергии при отливе.

На океанских побережьях строят электростанции, использующие энергию волн. Поднимающаяся волна сжимает воздух внутри закрытых камер, пропуская воздух под давлением через реверсивные турбины. Эта технология пока находится на экспериментальном уровне.

За. Станции, генерирующие энергию от приливов и волн, не производят вредных отходов и располагают огромным и неограниченным источником энергии.

Против. Энергия прилива пригодна только тогда, когда амплитуда прилива равна 6 м или больше. Выработка энергии находится в зависимости от высоты прилива, которая изменяется как в течение дня, так и в разное время года. Энергия волн также непостоянна и зависит от величины волн. Электростанции могут нанести вред экологии побережья, изменяя уровень прилива в эстуариях и вдоль береговых линий.

Крупнейшие станции. Эстуарий Ране (Франция) - і самая крупная станция, работающая на энергии прилива, общей мощностью 240 МВт. Станция «Азоры» в Португалии представляет собой самую крупную в мире волновую установку общей мощностью 1 МВт.

Энергия ветра. Большинство современных ветряных турбин имеют пропеллер с тремя лопастями диаметром до 100 м, соединяющийся с генератором. Компьютер следит, чтобы пропеллер ориентировался против ветра, и регулирует его положение в соответствии с силой ветра. Мощность генератора может достигать 4 МВт, но обычно его мощность составляет 250-500 кВт. Они часто сгруппированы в «ветряные фермы» и располагаются на продуваемых ветрами возвышенностях, равнинах или побережьях, а также в море недалеко от берега.

Общее производство энергии на ветряных турбинах в мире возрастало более чем на 25% в год с 1997. В 2000 оно составляло более 10 000 МВт - в 10 раз больше, чем в 1990, и продолжает расти.

За. Текущие издержки «ветряной фермы» сравнимы с лучшими электростанциями, работающими на угле, и ветряные турбины не создают вредных отходов.

Против. Выработка энергии изменяется в зависимости от силы ветра. Лопасти турбины и их механическая трансмиссия весьма шумные. Турбины также занимают очень много места и зачастую считаются не очень эстетичными. Они могут представлять опасность для птиц.

Крупнейшие электростанции. Крупнейшие «ветряные фермы» - около 5000 турбин каждая - в Калифорнии. Вместе с менее крупными калифорнийскими «ветряными фермами» они производят 30% общей мировой энергии ветра. В 1995 выработка энергии ветряными турбинами в Калифорнии достигала 2,9 млрд. кВт/час электроэнергии в год, что достаточно для 500 000 домов.

Береговая энергия. Девять турбин по 300 кВт начали работать в Блис-Харборе, Великобритания, в 1993. В 2000 две турбины мощностью по 2 МВт были построены в полумиле от берега

К концу XX в. появилось несколько альтернатив ископаемому топливу. Солнечная энергия нагревает воду во многих дамах Греции. В Исландии более 85% домов обогревается при помощи природных геотермальных источников. Энергия биомассы, получаемая от горения или химических процессов, протекающих в органических отходах, составляет 15% энергии, предназначенной для потребления на внутреннем рынке Скандинавских стран.

Солнечная энергия. Разрабатываются два направления применения солнечной энергии. Термальное направление использует зеркала для фокусирования солнечных лучей на нагреватель, который нагревает либо воду, либо промежуточную жидкость, например масло, которое затем используется для производства пара, вращающего турбины.

Солнечное электрическое направление использует способность некоторых материалов при воздействии света создавать электрический заряд.

Преимущества. Солнечная энергия - бесконечный источник энергии, не создающий вредных отходов.

Недостатки. Крупные солнечные станции занимают большие территории; энергия вырабатывается только в дневные часы, строительство станций возможно лишь в районах, изобилующих солнечным светом.

Крупнейшие электростанции. Установка, состоящая из девяти станций, работающих от солнечного света, в пустыне Мохаве, Калифорния, с контролируемыми компьютером параболическими зеркалами занимает 400 га. Ее общая производительность 354 МВт - достаточно для обеспечения энергией 500 000 человек.

Под солнцем Африки. В Судане ориентация на древесину в качестве топлива привела к вырубке лесов и нехватке энергии. В 1990-х организации по оказанию помощи совместно с программой защиты окружающей среды ООН начали установку солнечных батарей в деревнях Судана для первостепенных нужд, таких, как освещение, охлаждение и работа водяных насосов

Концентрация энергии. Огромный параболический отражатель, построенный в 1969 в Пиренеях в местечке Одейо, Франция, фокусирует солнечные лучи в единственной точке, где ресивер собирает энергию. Парабола собирает солнечный свет с 63 гелиостатов (контролируемые компьютером зеркала, которые двигаются, чтобы отражать солнечный свет под постоянным углом), расположенных на противоположной стороне склона. Обычно температура достигает от 800 до 2500°, максимальная мощность 1000 кВт.

Геотермальная энергия. В регионах с высоким уровнем вулканической активности тепло от горных пород и подземных вод используют для получения электричества. Природный пар передается по трубам на поверхность, где он приводит в движение турбины для получения электричества. Иногда специально бурят скважины до горячих пород, а потом по ним закачивают воду для образования пара. В 1998 общая мировая мощность геотермальных станций достигала 8240 МВт.

Преимущества. Геотермальные электростанции занимают меньшую площадь в расчете на 1 МВт по сравнению с любым другим видом электростанций и вырабатывают энергию 24 часа в сутки.

Недостатки. Природные источники пара встречаются крайне редко, а энергия, получаемая таким образом, не является полностью возобновляемой - природные участки нагрева могут остыть, и потребуются тысячи лет для их возобновления; электростанции могут создавать много шума, а их трубы зачастую разъедаются минералами, содержащимися в воде.

Крупнейшие электростанции. Самая крупная в мире разработанная геотермальная область, Гейзере в Калифорнии, способна выработать до 1900 МВт, но существуют ограничения по выработке энергии с целью продлить срок существования электростанции.

Энергия пара. Разработка геотермальной электростанции Вайраки на о. Северном в Новой Зеландии началась в 1947, когда долго стоявшая сухая погода привела к нехватке гидроэлектроэнергии. Электростанция Вайраки заработала в 1958; 40 лет спустя ее производственная мощность превысила 160 МВт

Биомасса. Энергию получают при разложении органических веществ и отходов, называемых биомассой. Процедура превращения биомассы в энергию включает:
- Отведение биогаза. Разлагающиеся животные отходы и зарытый мусор выделяют газ метан, который собирают и сжигают в качестве топлива в специально сконструированных дигесторах для биогаза.
- Сжигание. Сжигание мусора вместо устройства свалок дает дополнительную энергию городу. Каждая тонна мусора может дать до 400 куб. м метана.
- Спиртовое брожение. Во время брожения ферменты расщепляют растительные крахмалы на более простые соединения, образуя в конечном счете этанол - высокооктановое топливо. Небольшое количество этанола часто добавляют в бензин для автомобилей.
- Переработка растительного масла. При удалении глицерина из растительного масла получается прозрачная жидкость, которая горит, как дизельное топливо.

Преимущества. Ресурсы бесконечно возобновляемы. Сжигание уменьшает количество отходов, а биотопливо снижает уровень загрязнения.

Недостатки. Сжигание выделяет газы, загрязняющие окружающую среду; метан способствует всеобщему потеплению, если происходит его утечка.

Ведущие производители. В США находится 70 установок получения биогаза. Крупнейший в Пуэнете-Хиллз, Калифорния, вырабатывает 46 МВт. Германия сжигает около 5,5 млн. т отходов ежегодно; Япония сжигает около 0,5 млн. т. Бразилия производит около 11 млрд, л жидкого биотоплива в год; США - около 4 млрд. л.

Успешная утилизации отходов. Более 2,5 млн. домашних биогазовых установок было построено в Индии с 1980. Во многих населенных пунктах дигесторы для биогаза, присоединенные к туалету, используют отходы жизнедеятельности человека для получения энергии на освещение и приготовление пищи, что повышает и уровень гигиены.