Здравствуйте, уважаемые читатели! В этой статьей мы хотели бы поговорить про развитие альтернативных источников энергии в Российской Федерации. Сразу стоит сказать, что различные виды альтернативной энергетики используются в нашей стране достаточно давно. Как минимум, Вы наверное догадались, это ветряные и водяные мельницы, которые на протяжении сотен лет были достаточно популярны в нашей стране для помола зерна и подъёма воды. Сегодня же их заменили ветряки и гидроэлектростанции. Потом ещё также стоит отметить использование примитивных солнечных коллекторов для нагрева воды - в форме тёмных по цвету баков, в которые наливали воду и она нагревалась под воздействием солнечных лучей.
Потенциал альтернативной энергетики в России
Но теперь с приходом прогресса данные архаичные методы «забора» энергии из альтернативных источников сменились на более современные. Сегодня - пусть и достаточно редко - но ветряки всё же встречаются на земле русской. Также широкое распространение во времена Советского Союза получили большие промышленные гидроэлектростанции. Плюс эффективные выпущенные промышленно солнечные коллекторы и солнечные батареи сегодня в меру активно, но всё же устанавливают в солнечных регионах нашей страны. И надо сказать, что потенциал альтернативной энергетики в России ещё далёк до раскрытия. Плюс ещё не стоит забывать, что альтернативная энергетика и экология - это братья навек. То есть развивая альтернативные источники энергии в России, мы одновременно решаем проблемы экологии. Которые для нашей страны актуальны как никогда.
Проблемы альтернативной энергетики в России
Главная проблема заключается в том, что Россия очень богата на минеральные ресурсы. И электричество, которое мы сегодня получаем путём сжигания земных недр - угля, газа и нефти. Поэтому считается, что сегодня не особо выгодно устанавливать достаточно дорогие солнечные панели или, к примеру, ветряки там, где уже проведены линии газа и электроэнергии. Это и есть основные проблемы альтернативной энергетики. И это действительно так. Без существенных налоговых послаблений для пионеров альтернативной энергетики в России достаточно сложно ждать «альтернативного» бума. Как, впрочем, показывает и мировая практика - в странах, где государство идёт навстречу подобным инновациям, процесс более, чем динамичен. Хотя так или иначе использование альтернативных источников электроэнергии - по крайне мере в современном смысле — по карману не всем.
Первый путь развития — принципиальный
Тем не менее всё же можно ожидать роста альтернативной энергетики в России по двум причинам. Во-первых, потому что упор на альтернативные источники энергии - это международная тенденция, которую сложно игнорировать. Ведь это не только большое количество энергии, но и инвестиции в инновационную деятельность, и новые рабочие места. Одним словом, долго игнорировать такой лакомый кусок не получится ни у одного государства. Если это государство стремится быть современным и эффективным, конечно. Однако пока что, увы, традиционные нефть и уголь являются более интересными как с позиции государства, так и с позиции бизнеса. Тем не менее, запасы нефти, угля и газа не бесконечны. И рано или поздно, но и в России придётся сделать нечто такое, что сейчас происходит в США, Китае и Евросоюзе. А там, как пишут наши зарубежные коллеги, количество ветряков, солнечных, геотермальных и приливных электростанций растет не по дням, а по часам. При этом, не забываем, что альтернативная энергетика и экология - идут рука об руку.
Второй путь развития — естественный
Теперь про второй путь развития альтернативной энергетики в России. А именно - про регионы, в которых не всё так гладко с привычным нам электричеством и газом. Речь идёт про труднодоступные населенные пункты севера, который мы так активно стремимся осваивать. И вот если подсчитать, сколько стоит доставка энергоресурсов в некоторые удаленные уголки нашей страны, альтернативная энергетика, развитая прямо на месте, то есть установленная солнечная или ветряная электростанция и прочие альтернативные источники электрической энергии кажутся уже не такими уж и дорогими. Плюс - и большой плюс - повышается автономность населенных пунктов. Они становятся менее зависимы от завоза ресурсов, поскольку начинают вырабатывать их на месте буквально из воздуха. Или из солнца. И примеры таких решений в нашей стране уже имеются .
Также не стоит забывать, что белые пятна без проведенных источников газа или электричества всё же встречаются в России не только на крайнем севере. А даже рядом с крупными городами. Понятно, что речь идёт про дачи. Притом даже если электричество на дачи проведено, чтобы подключить его в свой дом, требуется достаточно много бумажной волокиты. Поэтому вполне себе вариант - установить солнечные батареи на крыше дачного домика. Телевизор, как минимум, питать хватит. Поэтому альтернативная энергетика в Сибири также экономически оправдана. Хотя бы в таких регионах, как Омская область. Где солнечных дней не на много меньше, чем в Краснодаре.
Как дела у мирного атома
Особняком стоят атомные электростанции. С этим источником электроэнергии сначала в Советском Союзе, а потом и в России, всё в порядке. Росатом объявляет о существенных планах по строительству новых и новых станции как на территории России, так и за рубежом.
Атомные электростанции в России активно развиваются. Безусловно, это прекрасный и высокотехнологичный способ получать электроэнергию, поскольку нужно всего лишь немного урана. И можно разместить реактор хоть под землей, хоть в космосе, хоть на борту корабля. Однако это очень опасно. И можно сказать, что в плане общественного мнения - атомные станции в упадке. Стоит лишь вспомнить недавнюю аварию на Фукусиме или знаменитый Чернобыль.
Безусловно, солнечные, ветряные, геотермальные, приливные станции и прочие виды альтернативной энергетики лишены данного недостатка. И предлагают практически неисчерпаемую энергию для всех желающих. Поэтому развитие альтернативных источников энергии идёт большими темпами во всём развитом мире. Посмотрим, куда оно приведёт и нас! Кстати, некоторые авторы утверждают, что если бы в развитие альтернативных источников энергии вложили столько же средств, как в развитие атомной энергетики, к настоящему времени существенную долю энергии мы бы получали от солнца и ветра.
В приводимом ниже видео рассказано о строительстве ветроэлектростанций в Калмыкии:
Ознакомление с основными направлениями и перспективами развития альтернативной энергетики. Определение экономических и экологических преимуществ использования ветровой, солнечной, геотермальной, космической, водородной, сероводородной энергии, биотоплива.
Введение
Основные направления альтернативной энергетики
Альтернативный источник энергии
Классификация источников
Ветроэнергетика
Гелиоэнергетика
Геотермальная энергетика
Космическая энергетика
Водородная энергетика и сероводородная энергетика
Биотопливо
Распределённое производство энергии
Перспективы
Введение
В теплоэнергетике в настоящее время более 180 тысяч малых и мелких котельных индивидуальных, отопительных, с общей теплопроизводительностью 680 млн. Гкал в год и расходом топлива 140 млн. т.у.т. или 30% от расхода топлива, затраченного на производство тепла.
Действующие теплоустановки возобновляемой энергетики (2008 год):
Солнечные системы теплоснабжения с площадью солнечных коллекторов до 100 тыс. кв.м;
Более 3000 тепловых насосов единичной мощностью от 4 кВт до 8 МВт;
Около 20 биоэнергетических установок по переработке отходов животноводства и птицеводства с выработкой биогаза;
Геотермальное теплоснабжение в объеме 3 млн. Гкал в год;
8 мусоросжигающих заводов;
4 станции по переработке городских сточных вод;
Несколько котельных на отходах лесопереработки.
Принцип получения тепла, ничем не отличается от принипа получения электрической энергии, просто процесс короче на один шаг.
Суммарная доля малой и возобновляемой энергетики составляет около 160 млн. т.у.т. в год или 17% от внутреннего потребления в 1995 г. (948 млн. т.у.т.).
Что объединяет малую и возобновляемую энергетику? Их объединяет, несмотря на принципиально разные ресурсы (невозобновляемые и возобновляемые) и различное влияние на окружающую среду:
1) предназначение для непосредственного удовлетворения бытовых и производственных нужд человека и небольших коллективов в электрической и тепловой энергии;
2) ориентация на местные виды ресурсов;
3) возможность комбинированного использования для достижения экономичного и надежного энергоснабжения.
Во имя чего следует развивать эти отрасли энергетики? Энергетическая стратегия России дает ответ на этот вопрос, объявляя высшим приоритетом энергообеспечение населения. Другими словами речь идет о надежном обеспечении энергией, светом, теплом, чистой водой, топливом для приготовления пищи, почтовой, телеграфной и телефонной связью людей, проживающих в районах автономного (децентрализованного) энергоснабжения и энергодефицитных районах. А это касается 20-30 млн. человек. Эти цифры получены следующим образом: взглянем на карту России. Зоны децентрализованного энергоснабжения и неэлектрифицированные зоны составляют около 70% территории. Неэлектрифицированные поселения встречаются и в зонах централизованного энергоснабжения.
Однако не все социальные проблемы решаются энергетическими стратегиями. И ни одна техническая проблема не решится этой стратегией. Т.е. существует ряд проблем (технических, экономических, социальных) и мифов замедляющих процесс развития альтернативной энергетики.
Альтернативная энергетика - совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.
Основные направления альтернативной энергетики
1. ветроэнергетика
Автономные ветрогенераторы
2. гелиоэнергетика
Солнечный водонагреватель
Солнечный коллектор
Фотоэлектрические элементы
3. альтернативная гидроэнергетика
приливные электростанции
волновые электростанции
мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)
водопадные электростанции
4. геотермальная энергетика
Тепловые и электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта по средством теплообмена)
5. космическая энергетика
Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения.
6. водородная энергетика и сероводородная энергетика
Водородные двигатели (для получения механической энергии)
Топливные элементы (для получения электричества)
7. биотопливо
Получение биодизеля
Получение метана и синтез-газа
Получение биогаза
8. распределённое производство энергии
Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.
Альтернативный источник энергии
Альтернативный источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.
Классификация источников
|
Тип источников |
Преобразуют в энергию |
|
|
Ветряные |
движение воздушных масс |
|
|
Геотермальные |
тепло планеты |
|
|
Солнечные |
электромагнитное излучение солнца |
|
|
Гидроэнергетические |
падение воды |
|
|
Биотопливные |
теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта) |
|
Ветроэнергетика
Отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года.
Экономия топлива
Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
Себестоимость электроэнергии
Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра.
экономические проблемы
Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию.
Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляюмую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередач оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.
Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием.
Экологические аспекты ветроэнергетики.
1. Выбросы в атмосферу
Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота.
2. Шум
Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:
механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)
3. Низкочастотные вибрации
Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.
Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.
4. Обледенение лопастей
При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлет льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.
Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.
5. Визуальное воздействие
Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.
6. Использование земли
Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход.
7. Радиопомехи
Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.
8. Вред, наносимый животным и птицам
9. Использование водных ресурсов
В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.
Гелиоэнергетика
получение энергии от Солнца.
Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.
Солнечные батареи имеют ряд преимуществ: они могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, легко трансформируются, используются в отдалённых районах.
Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВтчас электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ.
Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно.
Гидроэнергетика
Это использование энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды.
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (схема)
Плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
Геотермальная энергетика
Производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам.
вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Классификация геотермальных вод
ь По температуре
ь По минерализации (сухой остаток)
ь По общей жесткостиочень
ь По кислотности, рН
ь По газовому составу
ь По газонасыщенности
Особенности
Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
Возобновляемый источник энергии
Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
Водохранилища часто занимают значительные территории
Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
средние — до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
высоконапорные — более 60 м;
средненапорные — от 25 м;
низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных - ковшовые и радиально осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
Р условые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
П лотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
Д еривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида безнапорные, или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
Г идроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.
Основные сферы применения и достоинства новых космических энергетических систем
Космическая энергетика
Бестопливная космонавтика и освоение космического пространства.
Существует реальная возможность использования этих устройств в ионосферах иных планет и их спутников, поскольку уже установлено, что во многих околопланетных пространствах уже сконцентрирована и непрерывно восполняется от Солнца огромная не используемая до сих пор возобновляемая электроэнергия движущихся заряженных частиц природной плазмы в магнитосфере планет, например, на Марсе, Сатурне, Юпитере, Ио. Такая новая энергетика вполне реальна и такая бестопливная пилотируемая орбитальная космонавтика существенно удешевит освоение космического пространства.
Решение экологических глобальных проблем.
Применение возобновляемой энергии природного электричества и магнетизма в нуждах космонавтики и энергетики существенно улучшит глобальную экологию планеты и снизит ее влияние от космонавтики и планетарной энергетики в целом, поскольку тогда не надо будет осуществлять частые запуски ракетоносителей и сжигать сырье и топлива на планете.
Дешевая и быстродействующая всемирная космическая связь.
Бестопливная орбитальная космонавтика позволяет резко удешевить и повысить быстродействие всех систем космической связи и телекоммуникаций.
Управление погодой и многими природными планетарными явлениями.
Устранение и снижение мощности многих планетарных стихийных явлений.
Благодаря полезному использованию мизерной части непрерывно возобновляемой от Солнца энергии природных источников электроэнергии околоземного пространства становится возможным и перспективным создание новой экологически чистой бестопливной энергетики и бестопливной орбитальной космонавтики. В результате экология планеты существенно улучшится. На основе такой космической энергетики и бестопливной космонавтики произойдет революция во всех системах передачи информации. Они станут полностью беспроводными и дешевыми в эксплуатации. А именно, произойдет резкое удешевление и увеличение их быстродействия и пропускной способности, поскольку сейчас именно телефонные линии связи тормозят прогресс в системах связи. Бестопливная космическая энергетика позволит предотвращать многие природные аномальные и стихийные явления и катаклизмы. Таким образом, новая космическая энергетика и бестопливная космонавтика открывают новые горизонты прогресса человечества.
Водородная энергетика и сероводородная энергетика
Направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики).
Производство водорода
В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода. Все цены приведены для США, 2004 год.
Паровая конверсия природного газа / метана
В настоящее время данным способом производится примерно половина всего водорода. Водяной пар при температуре 700-1000 °С смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2-5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $2-2,50, включая доставку и хранение.
Газификация угля.
Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800-1300 °С без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. Электричество будут вырабатывать топливные элементы, используя в качестве горючего водород, получающийся в процессе газификации угля.
В декабре 2007 года была определена площадка для строительства первой пилотной электростанции проекта FutureGen. В Иллинойсе будет построена электростанция мощностью 275 МВт. Общая стоимость проекта $1,2 млрд. На электростанции будет улавливаться и храниться до 90 % СО2.
Из атомной энерг ии
Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз.
Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода. Ведутся работы по созданию атомных электростанций следующего поколения. Исследовательская лаборатория INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) (США) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750 тыс. литров бензина.
Электролиз воды
H2O+энергия = 2H2+O2
Обратная реакция происходит в топливном элементе. Себестоимость процесса $6-7 за килограмм водорода при использовании электричества из промышленной сети
В будущем возможно снижение до $4 за килограмм.
$7-11 за килограмм водорода при использовании электричества, получаемого от ветрогенераторов.
В будущем возможно снижение до $3 за килограмм.
$10-30 за килограмм водорода при использовании солнечной энергии. В будущем возможно снижение до $3-4 за килограмм.
Водород из биомассы.
Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500-800 °С (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.
Себестоимость процесса $5-7 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до $1,0-3,0.
В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.
Снижение цены водорода возможно при строительстве инфраструктуры по доставке и хранению водорода. После небольших изменений водород может передаваться по существующим газопроводам природного газа.
Водород в настоящее время, в основном, применяется в технологических процессах производства бензина и для производства аммиака. США ежегодно производят около 11 миллионов тонн водорода, что достаточно для годового потребления примерно 35-40 миллионов автомобилей.
Департамент Энергетики США (DoE) прогнозирует, что стоимость водорода сравняется со стоимостью бензина к 2015 году.
Биотопливо
Это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).
Биодизель - топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.
Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.
Биогаз - продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.
Биоводород - водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.
Экономический эффект
По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплив приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15%.
Распределенное производство энергии
(англ. Distributed power generation) — концепция распределенных энергетических ресурсов подразумевает наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя их излишки в общую сеть.
В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших энергостанциях, таких как угольные электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции или электростанции на природном газе. Такие электростанции имеют превосходные экономические показатели, но обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Строительство большинства из них было обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находится в местах с достаточным энергосодержанием (перепад уровней на расход воды). Большинство энергостанций слишком далеко расположены, чтобы использовать их побочное тепло для обогрева зданий. Низкое загрязнение окружающей среды — критическое преимущество комбинированных энергостанций, работающих на природном газе. Это позволяет им находиться достаточно близко к городу для централизованного теплоснабжения и охлаждения. Другой подход — распределенное производство электроэнергии. При этом снижаются потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального приближения электрогенераторов к потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании. Такой подход также ведет к уменьшению числа и протяженности линий электропередач, которые необходимо построить. Типичное распределенное производство электроэнергии характеризуется низкими затратами на обслуживание, низким загрязнением окружающей среды и высокой эффективностью. Объединение распределенных генераторов энергии может выступать в качестве виртуальной ТЭЦ. В качестве синонима может использоваться термин «децентрализованное производство энергии», который не отражает специфической особенности — наличие общей сети обмена электро- и тепловой энергии. В рамках концепции децентрализованного производства электроэнергии возможно наличие общей сети электроэнергии и системы местных котельных, производящих исключительно тепловую энергию для нужд населенного пункта/предприятия/квартала.
Перспективы
На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего около 1 % мировой выработки электроэнергии. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.
· Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании,Канаде, России, Индии, Китае.
· Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах.
· В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае.
· В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый cпирт.
Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и грядущим топливным дефицитом в традиционной энергетике.
По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.
Вывод
Российский рынок обладает колоссальным потенциалом в области развития альтернативных видов энергетики и в будущем может стать одним из ключевых игроков на мировом рынке альтернативной энергетики.
К сожалению, в нашей стране в плане экономики не возможны многие проекты по развитию альтернативной энергетики.
Однако, анализ российского сельскохозяйственного сектора показывает, что биогазовые технологии не только экономически оправданы, но и могут создать условия для более интенсивного развития сельского хозяйства РФ, решить проблему отходов АПК и слабого развития энергетической инфраструктуры в сельских районах.
Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов - чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. Это приводит к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн га сельскохозяйственных земель заняты под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана - парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.
Альтернативная энергетика - это нетрадиционные способы получения, передачи и использования энергии. Известна также как «зелёная» энергия». Под альтернативными источниками понимаются возобновляемые ресурсы (такие как вода, солнечный свет, ветер, энергия волн, геотермальные источники, нетрадиционное сжигание возобновляемого топлива).
Базируется на трёх принципах:
- Возобновляемость.
- Экологичность.
- Экономичность.
Альтернативная энергетика должна решить несколько остро стоящих в мире проблем: трата полезных ископаемых и выделение в атмосферу углекислого газа (это происходит при стандартных способах добычи энергии через газ, нефть и т.д.), что влечёт за собой глобальное потепление, необратимое изменение экологии и парниковый эффект.
Развитие альтернативной энергетики
Направление считается новым, хотя попытки использовать энергию ветра, воды и солнца предпринимались ещё в 18 веке. В 1774 году издан первый научный труд по гидротехническому строительству - «Гидравлическая архитектура». Автор работы - французский инженер Бернар Форест де Белидор. После издания труда почти на 50 лет развитие зелёного направления застыло.
- 1846 - первая ветроустановка, проектировщик - Пол ла Кур.
- 1861 - патент на изобретение солнечной электростанции.
- 1881 - постройка гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.
- 1913 - сооружение первой геотермальной станции, инженер - итальянец Пьеро Джинори Конти.
- 1931 - постройка первой промышленной ветряной станции в Крыму.
- 1957 - установка в Нидерландах мощной ветротурбины (200 кВт), подключённой к государственной сети.
- 1966 - строительство первой станции, вырабатывающей энергию на основе волн (Франция).
Новый толчок в развитии альтернативная энергетика получила в период жёсткого кризиса 1970 годов. С 90-ых годов по начало 21 века в мире зафиксировано критическое количество аварий на электростанциях, что стало дополнительным стимулом разработки зелёной энергии.
Альтернативная энергетика в России
Доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1% (по данным Минэнерго). К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%. Развитие зелёной энергии будет проводиться не только средствами Правительства. РФ привлекает частных предпринимателей, обещая небольшой возврат средств (2,5 копеек за 1 кВт в час) тем бизнесменам, которые вплотную займутся альтернативными разработками.
Потенциал развития зелёной энергии в РФ огромен:
- океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка, Чукотка и др. территории ввиду малой заселённости и застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии;
- источники солнечной энергии в совокупности превышают то количество ресурсов, которые производятся путём переработки нефти и газа, - наиболее благоприятны в этом отношении Краснодарский и Ставропольский края, Дальний Восток, Северный Кавказ и др.
(Крупнейшая солнечная электростанция на Алтае, Россия )
В последние годы финансирование этой отрасли сократилось: планка в 333 млрд рублей опустилась до 700 млн. Это объясняется мировым экономическим кризисом и наличие неотложных проблем. На данный момент альтернативная энергетика не является приоритетным направлением в промышленности России.
Альтернативная энергетика стран мира
(Ветряные генераторы в Дании )
Наиболее динамично развивается гидроэнергетика (ввиду доступности водных ресурсов). Ветровая и солнечная энергия значительно отстают, хотя некоторые страны предпочитают двигаться именнов этих направлениях.
Так, с помощью ветряных установок добывается энергии (от общего числа):
- 28% в Дании;
- 19% в Португалии;
- 16% в Испании;
- 15% в Ирландии.
Спрос на солнечную энергию ниже, чем предложение: устанавливается половина источников от того числа, которое могут обеспечить производители.
(Солнечная электростанция в Германии )
ТОП-5 лидеров по производству зелёной энергии (данные портала вести.ру):
- США (24,7%) - (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).
- Германия - 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).
- Испания - 7,8% (ветряные источники).
- Китай - 7,6% (все типы источников, половина из них - ветряная энергетика).
- Бразилия - 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).
(Крупнейшая солнечная электростанция в Испании )
Одна из наиболее труднорешаемых проблем - финансы. Зачастую пользоваться традиционными источниками энергии дешевле, чем устанавливать новое оборудование. Одним из потенциально позитивных решений этой задачи является резкое поднятие цен на свет, газ и т.д., чтобы вынудить людей экономить и со временем полностью перейти на альтернативные источники.
Прогнозы развития сильно варьируются. Так, Wind Energy Association обещает,ч то к 2020 году доля зелёной энергии вырастет до 12%, а EREC предполагает, что в 2030 году уже 35% энергопотребления в мире будет обеспечиваться из возобновляемых источников.
В связи с развитием производственных технологий и значительным ухудшением экологической ситуации во многих регионах земного шара, человечество столкнулось с проблемой поиска новых источников энергии. С одной стороны, количество добываемой энергии должно быть достаточным для развития производства, науки и коммунально-бытовой сферы, с другой стороны, добыча энергии не должна отрицательно сказываться на окружающей среде.
Данная постановка вопроса привела к поиску так называемых альтернативных источников энергии — источников, соответствующих вышеуказанным требованиям. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, на данный момент большинство из них уже используется более или менее широко. Предлагаем вашему вниманию их краткий обзор:
Солнечная энергия
Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах, они преобразуют солнечную энергию в электрическую. Существуют разные способы такого преобразования и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.
Энергия ветра
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.
Биотопливо
Главными преимуществами данного источника энергии перед другими видами топлива являются его экологичность и возобновляемость. К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (торф, отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).
Энергия приливов и волн
В отличие от традиционной гидроэнергетики, использующей энергию водного потока, альтернативная гидроэнергетика пока не получила широкого распространения. К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, их за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии. Основные плюсы — высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.
Тепловая энергия Земли
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. Петротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.
Атмосферное электричество
(Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты )
Грозовая энергетика, основывающаяся на захвате и накоплении энергии молний, пока находится в стадии становления. Главными проблемами грозовой энергетики являются подвижность грозовых фронтов, а также быстрота атмосферных электрических разрядов (молний), затрудняющая накопление их энергии.
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.
Т акой 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.
