Постоянно повышающаяся потребность в энергии, новые, крайне прожорливые потребители электричества – гигантские дата-центры и электромобили для массового рынка – вынуждают человечество искать альтернативные источники энергии. Важно, чтобы они были не только высоко эффективными, но и экологически чистыми.
Содержание
К традиционным источникам электроэнергия относятся тепловые (уголь, газ, мазут), гидро- и атомные электростанции. Причем относительно «зелеными» считается лишь третий тип электростанций, тогда как два первых наносят ощутимый вред атмосфере и гидросфере соответственно.
Экологически чистые (опять-таки, относительно) солнечные, ветровые и геотермальные электростанции в ряде стран мира вырабатывают до половины электричества, но их до сих пор называют альтернативными. Кроме того, существует альтернативная гидроэнергетика, подразумевающая волновые, приливные и водопадные электростанции.
Самой же неоднозначной отраслью альтернативной энергетики является, пожалуй, биотопливо. На фоне вероятного глобального продовольственного кризиса засевать плодородные земли культурами, перерабатывающимися в биотопливо – преступление перед человечеством.
Но давайте же поговорим о каждой отрасли альтернативной энергетики по порядку.
Солнечные электростанции (СЭС) – одни из самых распространенных на планете, так как используют неисчерпаемый источник энергии (солнечный свет). В процессе выработки электричества, а при необходимости еще и тепла для обогрева жилых помещений и подачи горячей воды, они не наносят никакого вреда окружающей среде. Но существует обратная сторона медали: утилизация отработавших свое солнечные батарей процесс затратный и уж точно не экологически чистый.
Сильно зависима гелиоэнергетика от погоды и времени суток: в дождливый день и, уж тем более, ночью электричество особо-то не покачаешь. Приходится запасаться аккумуляторными батареями, что удваивает стоимость установки солнечных панелей, например, на даче.
Лидерами в популяризации гелиоэнергетики являются Германия, Испания и Япония. Понятное дело, что преимущество тут имеют южные страны, где солнце жарко светит почти круглый год. Германия же традиционно занимает лидирующие позиции в альтернативной энергетике, поэтому даже на СЭС в этой в целом-то холодной стране делается большая ставка.
Приятно, что в вопросах гелиоэнергетики Украина не пасет задних. В Крыму находится сразу несколько крупных СЭС: Перово (мощность 100 МВт, 11 место в мировом рейтинге), Охотниково (80 МВт, 22 место) и Приозерная (55 МВт, 42 место). Безоговорочными же лидерами являются американские Агуа-Калиенте и Калифорнийская Долина, мощностью по 250 МВт каждая.
Обуздало силу ветра человечество довольно-таки давно: ветряные мельницы много столетий верой-правдой служили для перемолки зерна в муку. Сейчас же пришло время найти «мельницам» новое применение – гигантские лопасти, гонимые силой ветра, способны вращать мощные генераторы и таким путем эффективно вырабатывать столь нужное электричество.
Тройку лидеров в мировой выработке электричества с помощью ветра составляют Китай, США и Германия. Если же сравнивать долю ветроэлекстростанций (ВЭС) в каждой конкретной стране, то лидируют Дания, Португалия и Испания. Тут опять-таки многое зависит от климатических условий: в одних странах ветер не утихает ни на секунду, в других наоборот большую часть времени стоит штиль. Украине в этом плане повезло не очень: погода у нас мягкая и маловетреная. Хотя еще в 30-х годах в Крыму была построена первая в мире промышленная ветроэлектростанция, а в 1934 г. под руководством Юрия Кондратюка (того самого, что рассчитал траекторию полета на Луну) разрабатывался проект постройки огромной 12-мегаваттной ветростанции на горе Ай-Петри с башней высотой 165 метров и двумя 80-метровыми турбинами, размещенными на двух уровнях.
Есть у ветроэнергетики как веские преимущества, так и столь же веские недостатки. В сравнении с солнечными панелями «ветряки» стоят недорого и не зависят от времени суток, а потому частенько встречаются на дачных участках. Существенный минус у ветрогенераторов только один – они изрядно шумят. Установку такого оборудования придется согласовывать не только с родными, но и жителями близлежащих домов.
В районах с вулканической активностью, где подземные воды нагреваются выше температуры кипения, рационально строить геотермальные теплоэлектростанции (ГеоТЭС). Пожалуй, самой известной страной, где широко применяются ГеоТЭС, является Исландия. Оно и не странно: кипяток и пар циркулирует по трубам круглый год без остановок, что позволяет в процессе выработки электричества обходиться без дорогостоящих и трудно утилизируемых аккумуляторов.
Делают ставку на геотермальную энергетику и в других странах, где удалось обуздать вулканическую активность Земли: США, Новая Зеландия, Индонезия и Филиппины. Богата термальными водами и Россия: вот только новые ГеоТЭС в Сибири давненько не строили. Последние подвижки в этом направлении датируются еще временами СССР.
Нетрадиционное использования водных ресурсов планеты для выработки энергии подразумевает три типа электростанций: волновые, приливные и водопадные. Причем самыми перспективными из них считаются первые: средняя мощность волнения мирового океана оценивают в 15 кВт на погонный метр, а при высоте волн выше двух метров пиковая мощность может достигать аж 80 кВт/м.
Главная проблема волновых электростанций – сложность преобразования движения волн (вверх-вниз) во вращение лопастей колеса генератора. Впрочем, последние разработки британский (проект Oyster) и российских ученых (проект Ocean RusEnergy) должны решить данную проблему.
Приливные электростанции имеют значительно меньшую мощность, чем волновые, зато их куда легче и удобнее строить в прибрежной зоне морей. Гравитационные силы Луны и Солнца дважды в день меняют уровень воды в море (разница может достигать двух десятков метров), что позволяет использовать энергию приливов и отливов для выработки электричества.
Во Франции почти полвека эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» (мощность 240 МВт), которая построена в устье реки Ранс рядом с городком Сен-Мало. Долгое время она удерживала мировое лидерство по мощности, но в 2011 году ее обошла южнокорейская Сихвинская ПЭС (254 МВт).
Водопадные электростанции являются, пожалуй, самыми малоперспективными в отрасли гидроэнергетики. Дело в том, что по-настоящему мощных водопадов на планете не так уж и много. Вспомнить стоит разве что электростанции «Сэр Адам Бек 1» и «Сэр Адам Бек 2», построенные на Ниагарском водопаде, а точнее на его канадской стороне.
Жидкое, твердое и газообразное биотопливо может стать заменой не только традиционным источникам электричества, но и бензину. В отличие от нефти и природного газа, восстановить запасы которых не представляется возможным, биотопливо можно вырабатывать в искусственных условиях.
Простейшим биотопливом является древесина, а точнее отходы деревообрабатывающей промышленности – щепки и стружка. Спрессованные в брикеты они прекрасно горят, а нагретая с их помощью вода позволяет вырабатывать электричество и тепло, пусть и в небольших масштабах.
Но будущее за жидким и газообразным биотопливом: биодизелем, биоэтанолом, биогазом и синтез-газом. Все они производятся на основе богатых сахаром или жирами растений: сахарного тростника, кукурузы и даже морского фитопланктона. Последний вариант так и вовсе имеет безграничные перспективы: выращивать водоросли в искусственных условиях дело не хитрое.
Учитывая подорожание энергоносителей и подорванное доверие к атомным электростанциям, развитие альтернативной энергетики постепенно ускоряется. Ну а если смотреть на совсем уж отдаленную перспективу, то стоит упомянуть космическую энергетику.
Данная отрасль подразумевает размещение солнечных батарей на земной орбите и на поверхности Луны. Это позволит добывать примерно на треть больше электроэнергии, чем это возможно в условиях земной атмосферы. На Землю же передаваться выработанное электричество будет с помощью радиоволн.