Альтернативные источники энергии
В условиях постоянного ухудшения экологической обстановки на планете человечество вынуждено искать альтернативные источники энергии. Все больше стран делают выбор в их пользу. Конечно, перестраивать энергетическую инфраструктуру — затратное дело, но стоит рассматривать этот процесс как вклад в будущее всей планеты.
Что такое альтернативная энергия?
Энергию можно разделить на два больших класса: невозобновляемая и возобновляемая. К первой категории относится использование таких энергоносителей, как нефть и каменный уголь. Рано или поздно из запасы на планете будут исчерпаны. К тому же, их применение связано с выбросами в атмосферу углекислого газа и глобальным потеплением. Возобновляемые, или альтернативные источники энергии — неисчерпаемые ресурсы, например, ветер или солнечный свет. Их применение имеет меньше «побочных эффектов», а риск истощения запасов отсутствует полностью. В наши дни большая часть энергии вырабатывается за счет сжигания нефти и газа, а также благодаря работе атомных электростанций. Все эти источники потенциально опасны для окружающей среды. Поэтому востребованной становится альтернативная энергетика, позволяющая получать энергию более экологичным способом, наносящим минимальный вред окружающей среде.
Энергия ветра
Ветровая энергетика — преобразование энергии движущихся воздушных масс в электричество, которое может быть использовано потребителем. Подсчитано, что запасов ветровой энергии в 100 раз больше, чем энергетических запасов всех рек нашей планеты. Основа установки для получения энергии — ветровые генераторы и ветровые мельницы. Особенно развит этот способ в Германии, Дании и Ирландии.
Основные плюсы ветровой энергетики — экологичность и низкая стоимость получаемой энергии. Но есть и существенный минус. Предсказать силу ветра невозможно, она непостоянна и зависит от множества факторов. Поэтому приходится использовать дополнительные источники получения энергии. Есть у ветрогенераторов еще одно неприятное свойство: они могут вызывать радиопомехи. Наконец, ветровая энергетика может потенциально оказывать влияние на климат планеты, так как ветрогенераторы забирают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс. Однако ученые все еще не могут определить, насколько выраженным может быть это влияние и приведет оно к позитивным или негативным последствиям.
Сила воды
Основа гидроэнергетики — преобразование энергии водных масс в электричество. В качестве примера можно привести гидроэлектростанции, которые устанавливаются на крупных реках. Движущаяся вода воздействует на лопасти турбины, вращая их. Возникающая во время вращения энергия и преобразуется в электричество. Строительство ГЭС обходится государству очень дорого. Однако затраты быстро окупаются, так как цена полученной энергии получается сравнительно низкой (например, по сравнению с атомными электростанциями).
Строить гидроэлектростанции можно только на реках, которые никогда не пересыхают и имеют быстрое течение. Для возведения ГЭС необходимо обустроить плотину, позволяющую добиться определенного напора воды.
Эффективными оказались только три из них: поплавки, искусственные атоллы и подводные камеры. Такие электростанции передают кинетическую энергию по кабелю на станцию, где происходит выработка электричества. Есть у волновой энергетики два недостатка. Себестоимость полученное энергии довольно высока, а позволить себе обустройство станции могут только страны, имеющие продолжительную береговую линию. По этой причине этот вид используется редко.
Геотермальная энергетика
Наша планета вырабатывает большое количество тепла. Для получения энергии, в частности, используются геотермальные источники, располагающиеся в сейсмически опасных территориях и вулканических районах. Горячая вода может быть использована для непосредственного отопления зданий. Также ее перерабатывают в электроэнергию при вращении горячим паром турбины, идущей к генератору. Больше всего таких станций во Франции, Мексике и Америке.
Энергия осмотической диффузии
Этот вид альтернативной энергии стал разрабатываться сравнительно недавно. Осмотические электростанции устанавливаются в устьях рек и извлекают энергию из энтропии жидкостей в процессе взаимодействия соленой и пресной воды. Когда концентрация солей выравнивается, возникает избыточное давление, благодаря которому вращаются лопасти турбины. Пока в мире существует только одна осмотическая электростанция, функционирующая в Норвегии.
Биотопливо
Биотопливо производится из органических продуктов, в процессе переработки которых получается электрическая энергия. Выделяют твердое и жидкое биотопливо. К первой группе относятся дрова, топливные брикеты. Жидкое биотопливо — это биодизель, биобутанол, диметиловый эфир и т. д. Топливо можно получать непосредственно из биомассы (остатков растительного и животного происхождения), которые во время брожения выделяют горючий газ. Такие биогенераторы устанавливаются в сельских местностях. В России в последние годы построено множество заводов, которые перерабатывают древесные отходы в топливные брикеты и пеллеты, применяемые как топливо для различных видов котлов.
Гравитационная энергетика
Гравитационная энергетика — преобразование потенциальной энергии гравитационного поля планеты в электроэнергию. На данный момент уже разработан проект гравитационной электростанции, которая представляет собой подъемный кран со стрелами. Двигатели приходят в действие, когда опускаются блоки. Подъем блоков осуществляется, когда в сеть поступает избыток энергии.
Солнечная энергия, солнечные электростанции
Солнечную энергию преобразуют в электрическую посредством солнечный батарей. Удивительно, но всей планете на год хватило бы энергии, которую Солнце отправляет на Землю в течение одного дня. При этом выработка электроэнергии солнечными батареями не превышает 2% от общего количества. Однако солнечная энергия — одна из самых экологичных, безопасных и недорогих по себестоимости.
Пожалуй, единственным недостатком солнечной энергии является зависимость ее получения от времени суток и погодных условий. В северных странах строительство солнечных электростанция экономически невыгодно. По крайней мере, на данном этапе: ученые не исключают, что удастся создать солнечные батареи, которые будут улавливать фотоны даже в пасмурные дни.
Есть еще одна проблема: фотоэлементы необходимо вовремя утилизировать, так как в них содержатся мышьяк, галлий и свинец. Далеко не все страны могут позволить себе создание производств по переработке отработанных солнечных батарей. Наиболее широкое распространение солнечное электричество получает там, где оно обходится дешевле всех других видов. Например, солнечные электростанции устанавливаются на отдаленных фермерских участках, на комических станциях. Используется оно и в странах, где высока себестоимость других видов энергии. В качестве примера можно привести Израиль, где примерно 90% воды нагревается за счет энергии Солнца.
В России суммарная мощность электростанций, работающих на энергии Солнца, составляет 400,0 МВт. Проектируются новые станции, мощность которых будет составлять 850,0 МВт. Широко обсуждается проект создания космических солнечных электростанций. В открытом космосе преграды для солнечной радиации в виде атмосферного слоя отсутствуют. Поэтому возможен запуск на орбиту установок, оснащенных солнечными батареями, улавливающими энергию Солнца и пересылающих их на землю. КПД таких станций потенциально обещает быть приближенным к 100%, однако на данный момент их создание и запуск обойдется настолько дорого, что себестоимость энергии для потребителей получится слишком высокой.
Плюсы и минусы использования
Главными плюсами использования альтернативных источников энергии являются:
• возобновляемость ресурсов. Если поставить получение альтернативной энергии на поток, человечество никогда не столкнется с тем, что природные запасы исчерпают себя;
• экологическая безопасность. Альтернативная энергетика предполагает отсутствие опасных выбросов в окружающую среду;
• доступность по цене. На данный момент разработано множество способов получения альтернативной энергии. Поэтому любое государство может подобрать те варианты, которым наилучшим образом соответствуют его климатическим условиям.
Есть у альтернативной энергетики и минусы, затрудняющие ее широкое распространение:
• высокая стоимость необходимого оборудования. Не все государства могут позволить себе строительство и монтаж солнечных и ветровых электростанций;
• зависимость от внешних условий и климата. Солнечная энергия, которая признается наиболее перспективной, недоступна в странах с невысокой продолжительностью светового дня, сейсмическая и геотермальная энергия может быть получена лишь в вулканических, сейсмически нестабильных регионах и т.д.;
• небольшая мощность установок. Единственным исключением из этого правила являются гидроэлектростанции, мощность которых можно сравнить с аналогичным показателем АЭС;
• воздействие на климат. Даже альтернативные источники энергии оказывают воздействие на климатические условия. Например, высокий спрос на биотопливо может стать причиной уменьшения площади посевных площадей, а строительство плотин для гидроэлектростанций оказывает влияние на речные биотопы.
Перспективы в России
Россия может получать из ветра около 10% всей энергии и примерно 15% — за счет солнечного света. Однако широкого распространения альтернативные источники энергии в нашей стране не получают. Связано это с доступностью невозобновляемых ресурсов (нефти и газа). Отсутствует и экономическая стимуляция строительства альтернативных электростанций. Во многих странах Европы имеется стимулирующий тариф, по которому государство приобретает полученную альтернативными способами энергию. В России подобный тариф не введен. Тем не менее, в России успешно реализуется ряд проектов, связанных с альтернативной энергетикой. Например, в 2017 году в Химках был запущен проект по созданию Центра альтернативной энергетики. Задачей центра будет обеспечение энергией промышленных предприятий. В 2019 году в Мурманске начал строиться ветропарк, который начнет функционировать в 2021 году. Планируется, что мощность парка составит 201 МВт. Ученые уверены в том, что в ближайшие годы человечество вынуждено будет стремиться к полному переходу на альтернативные источники энергии. Это даст возможность сохранить планету для будущих поколений и избежать кризиса, связанного с исчерпанием невозобновляемых ресурсов. Согласно прогнозам, будущее энергетики связано с энергией Солнца и ветра. Остается надеяться на то, что людям удастся успеть научиться полностью обходиться возобновляемыми источниками энергии до момента, когда запасы нефти и газа на планете подойдут к концу.
© Компания «Реалсолар». Все права защищены. Перепечатка документа запрещена. Статья занесена в поисковые системы как уникальный текст.
Альтернативные источники энергии: почему они нужны всем
МОСКВА, 19 дек — ПРАЙМ. Использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) человечество стало раньше, чем научилось добывать уголь, нефть и газ. Однако со временем потребление энергии росло — человеку индустриального общества требовалось уже в 100 раз больше энергии, чем в первобытную эпоху. И тогда обеспечить стабильную поставку таких мощностей стало возможным благодаря сжиганию ископаемого топлива.
Сейчас человечество снова задумалось об использовании альтернативных источников энергии, так как запасы нефти и газа исчерпаемы, а их использование наносит большой вред окружающей среде, но уже на совершенно другом уровне. Ведь перемолоть муку на ветряной мельнице или обеспечить электроэнергией целый город с помощью ветрогенераторов — задачи разного масштаба.
К основным видам ВИЭ сегодня относят гидроэнергетику, ветроэнергетику, гелиоэнергетику. В некоторых местах можно развивать волновую и геотермальную энергетику.
САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ВИЭ
Гидроэнергетика — самый распространенный способ добычи энергии из неисчерпаемого источника, теоретический потенциал которого оценивается в 30-40 ТВт·ч в год. Для ее работы необходимо построить плотину, разместить турбины, которые будет крутить вода. Явным преимуществом является стабильность выработки энергии и возможность ее контролировать, изменяя скорость потока воды. Среди недостатков — резкое изменение уровня воды в искусственных водохранилищах, нарушение нерестового цикла рыб и снижение количества кислорода в воде, что вредит флоре и фауне водоема.
Хитрости бизнеса. Как офшоры помогают компаниям экономить на налогах
Еще один перспективный источник — ветроэнергетика. Для добычи энергии таким способом необходимо установить специальные турбины, которые будет вращать ветер, за счет чего будет вырабатываться электричество. Ветряные турбины легко и дешево обслуживать, они не занимают много места, вращаются на высоте от 100 м, то есть, под ними можно, например, вести сельскохозяйственную деятельность.
Иногда ветроэлектростанции (ВЭС) строят прямо в море. Такой проект в 2017 году разработали Дания, Нидерланды и Германия. Они собираются к 2050 году соорудить в море остров площадью 6 кв. км и разместить на нем турбины. Планируется, что такая станция сможет вырабатывать до 30 ГВт·ч в год энергии, а в перспективе — до 100 ГВт·ч в год.
Однако у этого источника дешевой и чистой энергии есть несколько существенных недостатков — нестабильность и зависимость от места размещения. Ветер дует не везде и не всегда. А в местах, где ветер дует часто и с большой силой, как правило, не располагаются населенные пункты. Это повышает расходы на строительство линий электропередач и транспортировку энергии. Поэтому ветроэнергетика хороша именно как дополнительный источник энергии.
Альтернатива ВЭС — солнечные электростанции (СЭС), которые могут работать по нескольким принципам. В одном случае с помощью сфокусированных солнечных лучей нагревают резервуар с водой (температура пара в нем может доходить до 7000С), в другом — используются фотобатареи. Второй тип гораздо проще соорудить, устанавливать фотоэлементы можно практически везде, а стоимость их продолжает снижаться с развитием технологии производства.
Что такое валютные войны и зачем их ведут
Главными недостатками СЭС является большая зависимость от места расположения, времени суток и сезона. Например, станция не будет вырабатывать энергию ночью, значительно меньше — в зимнее время года. Полностью обеспечить себя электричеством с помощью СЭС могут даже не все африканские страны. Поэтому солнечная энергетика на данном этапе тоже может служить только в качестве вспомогательного источника.
КАК ИСПОЛЬЗУЮТ ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
В волновой энергетике используются специальные модули, которые качаются на волнах и таким образом приводят в действие специальные поршни. Потенциал этого вида ВИЭ оценивают более чем в 2 ТВт·ч в год. Волновые электростанции защищают берега и набережные от разрушения, уменьшают воздействие на опоры и мосты. При правильной установке они не вредят окружающей среде, к тому же практически незаметны в море.
Среди недостатков — нестабильность (то есть станция вырабатывает меньше энергии во время штиля), шум, незаметность для водного транспорта, из-за чего необходимо дополнительно устанавливать сигнальные элементы.
В некоторых местах устанавливают геотермальные станции (ГеоТЭС). Общий потенциал геотермальной энергии оценивается в 47 ТВт·ч в год, что соответствует выработке примерно 50 тысяч АЭС, но сейчас технологии позволяют получить доступ только к 2% от него — 840 ГВт·ч в год. Чтобы это сделать, роют две скважины, по одной из них подается вода, которая, нагреваясь от тепла земли, превращается в пар. Затем пар по трубе направляется в турбины. На разных этапах происходит его очистка от примесей.
Главное преимущество геотермальной энергетики — стабильность, которую не могут обеспечить многие ВИЭ, и компактность, что удобно для районов со сложным рельефом. С другой стороны, вода, которая проходит через скважины, несет большое количество тяжелых металлов и других вредных веществ. При неправильной эксплуатации станции или при возникновении чрезвычайной ситуации, попадание в атмосферу и в почву этих веществ, может привести к экологической катастрофе локального масштаба.
Кроме того, стоимость энергии ГеоТЭС выше, чем у ВЭС и СЭС, а мощность довольно невысокая.
Основная проблема практически всех перечисленных выше источников заключается в их нестабильности. Современные аккумуляторы не позволяют накапливать такое количество энергии, чтобы без потерь мощности использовать ее в ночное время или во время штиля. Один из вариантов — во время пиковых нагрузок поднимать воду в верхнюю часть водохранилища и потом во время затишья использовать ее для выработки энергии на ГЭС.
Зарабатываем и делимся: популярно о дивидендах
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ В РОССИИ И В МИРЕ
На данный момент использование ВИЭ активно развивается в Европе, где страны вынуждены закупать топливо для работы традиционных электростанций. Но, по мнению некоторых экспертов, в развитии альтернативной энергетики заинтересованы и государства, чья экономика зависит от экспорта нефти и газа. Ведь если в некоторых регионах использовать ВИЭ вместо газа, это топливное сырье можно будет отправить на экспорт.
Тем не менее, в России этот сектор энергетики развивается очень медленно. По данным аналитической компании Enerdata, в Норвегии около 97% электроэнергии добывается из альтернативных источников с учетом гидроэнергетики, около 80% — в Новой Зеландии и Бразилии. В Европе 30-40% энергии ВИЭ вырабатывается в Германии, Италии, Испании и Великобритании. В России этот показатель составляет всего 17,2%, из них доля СЭС и ВЭС — менее 1%.
Альтернативные источники энергии: альтернативы нет — Энергетика и промышленность России — № 7 (11) июль 2001 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (11) июль 2001 года
Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:
* Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI века.
* Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
* Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную — постоянно растут;
* Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, — всё это увеличивает социальную напряженность.
* Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Источники энергии
Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет >200 млрд. кВт/ч в год, (эквивалентно 36 млрд. т усл. топлива). В России сегодня общее потребление топлива составляет около 5 % мирового энергобаланса.
Геологические запасы органического топлива в мире более 80 % приходится на долю угля, который становится все менее популярным. А известные запасы топливных ресурсов к 2100 г. будут исчерпаны. По данным экспертов, в начале XXI в. добыча нефти и природного газа начнет сокращаться: их доля в топливно-энергетическом балансе снизится к 2020 г. с 66,6 % до 20 %. На долю гидроэнергетики приходится всего 1,5 % общего производства энергии в мире, и она может играть только вспомогательную роль. Таким образом, ни органическое топливо, ни гидроэнергия не могут решить проблемы энергетики в перспективе.
Что касается ядерной энергии, все известные запасы урана, пригодного для реакторов, действующих на тепловых нейтронах, будут исчерпаны в первом десятилетии XXI в. Создание и эксплуатация АЭС на реакторах-размножителях значительно дороже и не менее безопасны, чем на тепловых нейтронах. От населения до сих пор скрывают не только реальную опасность атомной энергетики, но и ее реальную стоимость. Учитывая все затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл. Затраты на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности составят 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность аварий: по прогнозам МАГАТЭ, из-за увеличения количества реакторов в 2000 г. вероятность крупной аварии повысится до одной в 10 лет. В районах расположения АЭС, уранодобывающих и производящих предприятий постоянно растет уровень заболеваемости, особенно детской. АЭС служит одним из основных «нагревателей» атмосферы: в процессе деления 1 кг урана выделяется 18,8 млрд. ккал. Таким образом, тезис о безопасности и дешевизне атомной энергии — пустой и опасный миф, а атомная энергетика по причине огромной потенциальной опасности и низкой рентабельности не имеет долгосрочной перспективы.
Что касается электростанций на основе термоядерного синтеза, то, по оценкам специалистов, в ближайшие 50 лет они вряд ли будут технологически освоены, а пагубное тепловое влияние на климат планеты будет не меньшим, чем от ТЭС и АЭС.
К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонасосные установки и другие преобразователи энергии.
Но только возобновляемые источники энергии, могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе.
Солнечная энергия
Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в, 6,7 раза больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Севере технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива.
Ветровая энергия
В России валовой потенциал ветровой энергии — 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе — 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т усл. топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива.
Таким образом, потенциала солнечной радиации и ветровой энергии в принципе достаточно для нужд энергопотребления как страны, так и регионов. К недостаткам этих видов энергии можно отнести нестабильность, цикличность и неравномерность распределения по территории; поэтому использование солнечной и ветровой энергии требует, как правило, аккумулирования тепловой, электрической или химической. Однако возможно создание комплекса электростанций, которые отдавали бы энергию непосредственно в единую энергетическую систему, что дало бы огромные резервы для непрерывного энергопотребления.
Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии.
Таким образом, альтернативные возобновляемые источники энергии позволяют долгосрочно обеспечить всю страну.
Состояние АПЭ в мире
По прогнозу Мирового энергетического конгресса. в 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США — это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФАП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии — 8 млн. м2. В США и в Японии работает более 5 млн. тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок суммарной мощностью 70000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения.
Состояние АПЭ в России
В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году — 0,14%, на 2005 год планируется около 0,5-0,6% энергобаланса страны (т.е. приблизительно в 30 раз меньше, чем в США, а если учесть соотношение энергобалансов, то у нас «запланировано» отставание примерно в 150 раз). Всего в России 1 ГеоТЭС (Паужекская, 11 мВт), и то технологически крайне неудачная, 1 приливная ЭС (Кислогубская, 400 кВт), 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт), 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт), 300 малых ГЭС (2 млрд.2, 3000 тепловых насосов (от 10 кВт до 8 мВт).
Итак, по всем видам АПЭ Россия находится на одном из последних мест в мире. В нашей стране отсутствует правовая база для внедрения АПЭ, нет никаких стимулов для развития этого направления. В стране отсутствует отрасль, объединяющая все разрозненные разработки в единый стратегический замысел. В концепции Минтопэнерго АПЭ отводится третьестепенная, вспомогательная роль. В концепциях РАН РФ, ведущих институтов, отраженных в программе «Экологически чистая энергетика» (1993 г.), практически отсутствует стратегия полномасштабного перехода к альтернативной энергетике и по-прежнему делается ставка на малую, автономную энергетику, причем в весьма отдаленном будущем. Что, конечно, скажется на экономическом отставании страны, а также на экологической обстановке как в стране, так и в мире в целом.
Альтернативные источники энергии: какие виды как использовать: Статьи экономики ➕1, 03.08.2021
К альтернативным источникам энергии относят нетрадиционные источники энергии — солнечную, ветровую, геотермальную энергетику и так далее.
Возобновляемые источники энергии не загрязняют окружающую среду, помогают снизить уровень выбросов парниковых газов в атмосферу, уменьшить последствия изменения климата. Они практически неисчерпаемы, в то время как ископаемое топливо рано или поздно закончится.
К возобновляемым источникам не относится атомная энергетика и природный газ, поскольку запасы этих ресурсов ограничены.
Существуют различные виды энергии и способы ее добычи.
Исходя из нашей трактовки, можно выделить следующие виды альтернативных источников: солнечная энергия, ветроэнергетика, гидроэнергия, волновая энергетика, энергия приливов и отливов, гидротермальная энергия, энергия жидкостной диффузии, геотермальная энергия и биотопливо.
Способы добычи и использования энергии отличаются в зависимости от вида альтернативных источников. Объединяет их то, что на сегодняшний день все они используются гораздо реже, чем ископаемое топливо, но при этом обладают большим потенциалом для развития.
В настоящее время производство альтернативной энергии, несмотря на ее высокую экологичность и перспективность, ограничено. Развитие технологий на ее основе имеет ряд издержек, с которыми приходится считаться.
Когда вы устанавливаете солнечные панели на дом, вы генерируете свое собственное электричество, становитесь менее зависимыми от электрической сети и уменьшаете ежемесячный счет за электричество.
Недавние исследования показали, что стоимость недвижимости увеличивается после установки солнечных батарей. Сами солнечные панели при этом дешевеют.
Солнце светит повсюду на Земле, а это значит, что солнечная энергия является хорошим вариантом для каждой страны, хотя и существуют различия по регионам и в том, сколько они получают солнечного света. В России, например, самыми солнечными городами являются Улан-Удэ и Хабаровск.
Солнечные панели подходят не для всех типов крыш. Некоторые установленные в старых домах кровельные материалы, такие как шифер или кедровая черепица, могут не подойти для установки солнечных панелей.
Солнечная энергия не работает ночью. «Солнечные» домохозяйства полагаются на коммунальные сети для получения электроэнергии ночью и в других ситуациях, когда солнечный свет ограничен.
Первоначальная стоимость установки и использования солнечной энергии очень высока, потому что человек должен заплатить за всю систему — батареи, провода, солнечные панели и так далее.
Ветряки, вырабатывающие большое количество электроэнергии при помощи ветра, практически столь же эффективны, как и солнечные батареи. Ветроэнергетика особенно привлекательна для рынка жилой недвижимости.
С 1980 года цены на нее снизились более чем на 80%. Благодаря технологическому прогрессу и возросшему спросу цены, как ожидается, будут снижаться в обозримом будущем.
Ветер — не самый надежный источник энергии, при его низкой силе турбины обычно работают примерно на 30% мощности. В безветренную погоду вы можете оказаться без электричества.
Энергия ветра может быть использована только в местах, где высокая скорость ветра. Поскольку сильные ветра в основном дуют в отдаленных незаселенных районах, необходимо строить линии электропередачи, чтобы обеспечить электроэнергией жилые дома в городе. А это требует дополнительных инвестиций.
Большинство гидроэлектростанций — хранилища большого количества воды в резервуарах — почти всегда имеют запас, из которого можно извлекать энергию. В этом смысле гидроэлектростанции являются более надежным и стабильным источником энергии, чем ветровая и солнечная энергия.
Накопительные гидроэлектростанции способны генерировать электроэнергию по требованию, что позволяет гидроэлектростанциям заменить такие традиционные диспетчерские генераторы, как угольные и газовые установки.
Накопительные гидроэнергетические установки прерывают естественное течение речной системы. Это приводит к нарушению путей миграции животных и к проблемам с качеством воды.
Гидроэлектростанции представляют собой крупные инфраструктурные проекты, включающие строительство плотины, водохранилища и энергогенерирующих турбин, что требует значительных денежных вложений.
Энергия волн предсказуема, и вы можете определить количество энергии, которое может быть произведено.
Волны имеют более высокую энергетическую мощность, чем, например, ветер, и это делает волновую энергетику более эффективной.
После установки соответствующих электростанций они имеют минимальные эксплуатационные расходы, что делает инвестиции в них более привлекательными.
Хотя это чистая энергия, ее использование создает опасность для морской флоры и фауны, меняет морское дно и среду обитания некоторых его жителей.
Волновая энергия приносит пользу только электростанциям, построенным в городах рядом с океаном.
Возникновение приливов очень предсказуемо, что облегчает строительство системы приливных электростанций с правильными размерами для эффективного производства электроэнергии.
Срок службы приливных электростанций составляет 75-100 лет. Они очень эффективны даже спустя много лет использования.
Приливные заграждения приводят к изменению уровня океана в прибрежных водах. Приливная установка также влияет на соленость воды в приливных бассейнах.
Приливные электростанции могут быть построены только на участках, отвечающих определенным критериям.
Хотя приливы и отливы предсказуемы, электростанции могут производить энергию только в течение 10 часов в сутки.
Строительство станций для выработки гидротермальной энергии требует малых затрат. Эксплуатационные расходы также относительно низкие.
Температура воды выше температуры нагретого воздуха, что делает гидротермальную энергию более эффективной.
Солнце нагревает только верхние слои морей и океанов, поэтому возможных мест для построения станций не так много.
Технологии для выработки гидротермальной энергетики развиты слабо.
Осмотическая электростанция — новый перспективный метод выработки электроэнергии — устанавливается в устье реки и позволяет извлекать энергию из энтропии жидкостей.
Технологии добычи электроэнергии с помощью жидкостной диффузии развиты крайне слабо. В мире построена только одна осмотическая электростанция в Норвегии.
Геотермальная энергия известна тем, что оказывает наименьшее воздействие на окружающую среду.
Технологии, связанные с производством геотермальной энергии, являются одними из самых инновационных.
Использование геотермальной энергии предполагает высокие первоначальные затраты. Для дома среднего размера установка геотермальных тепловых насосов стоит от $10 тыс. до $20 тыс.
В некоторых ситуациях геотермальные энергетические объекты расположены далеко от населенных пунктов, что требует обширной сети распределительных систем.
Одним из главных преимуществ биотоплива является его относительно низкая стоимость.
Исходные материалы для биотоплива не ограничены. В отличие от ископаемого топлива, ресурсы для биотоплива можно возобновлять.
Биотопливо производит гораздо меньше энергии, чем, например, ископаемое топливо.
Биотопливо нельзя назвать экологически чистым, поскольку оно производит выбросы CO2.
Возобновляемые источники энергии помогают бороться с климатическими изменениями, которые становятся более разрушительными. Ветер, солнце, вода и другие источники энергии в будущем станут хорошей заменой ископаемому топливу. Чем раньше это случится, тем лучше для нас и нашей планеты.
Растущий сектор создает рабочие места уже сегодня, делает электрические сети более устойчивыми, расширяет доступ к энергии в развивающихся странах и помогает снизить счета за электроэнергию. Эти факторы способствовали росту популярности возобновляемых источников энергии в последние годы. Преимущества каждого вида альтернативного источника энергии определенно перевешивают минусы.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.
Александр Гаджиев
Константин Чернов
сила солнца, ветра, воды и вулканов
следующая новость >Альтернативная энергетика: сила солнца, ветра, воды и вулканов
Альтернативная энергетика, основанная на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), демонстрирует большие темпы роста по всей планете. За последние четыре года ее доля в мировом потреблении электричества удвоилась и составила 20%. В России лишь 1% совокупной установленной мощности всей энергосистемы приходится на долю ВИЭ. Однако, стремление занять достойное место среди развитых стран и осознание того, что наши запасы ископаемых источников энергии хоть и велики, но не безграничны, стимулировали ряд мер по развитию этого сектора генерации. Производство энергии на основе ВИЭ получило мощную государственную поддержку1, что вызвало интерес инвесторов. Давайте подробнее рассмотрим основные секторы альтернативной энергетики.
Солнечная энергетика. По данным исследования Global Power Industry Outlook — 2017 добыча солнечной энергии на основе фотоэлементов – фотовольтаика — станет самым быстрорастущим сегментом альтернативной энергетики, ее доля в объеме глобальных инвестиций к 2020 г. составит 37,5%. Решающий фактор для развития солнечной энергетики — количество солнечных дней в году, а не среднегодовая температура, как ошибочно полагают многие.
Получается, Россия обладает всеми необходимыми ресурсами для освоения этого сектора энергетики. По данным Института Энергетической стратегии, потенциал солнечной энергии, поступающей на территорию РФ в течение трех дней, превышает объем годового производства электроэнергии в нашей стране. Солнечные электростанции (СЭС) уже успешно функционируют в Башкортостане, Оренбургской области, на Алтае, в Хакасии и в Крыму. На данный момент в России создано 57 проектов СЭС совокупной установленной мощностью 1089 МВт, 26 из которых уже распределены между застройщиками и будут реализованы к 2022 году.
Ветровая энергетика. Сила ветра использовалась с давних времен, и сегодня она эффективно преобразуется в электроэнергию во многих странах. В Евросоюзе совокупная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) составляет 10% от совокупной мощности всей энергосистемы, что превышает даже долю угольной генерации. В одной только Германии ветряки производят более 20% электроэнергии, а в Дании – 42%!
Российская Федерация обладает наибольшим в мире ветроэнергетическим потенциалом. Он составляет примерно 260 ТВт⋅ч/год, что равно 30% энергии, производимой электростанциями страны. Сейчас доля ветрогенерации у нас составляет 0,01% от общей установленной мощности энергосистемы. На 70-ти процентах территории России децентрализованное энергоснабжение, но эта зона обладает богатыми ветроресурсами. Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр — здесь открываются большие перспективы для развития отечественной ветрогенерации. До 2022 года в России будут построены еще 43 ветроэлектростанции (ВЭС) совокупной мощностью 1651 МВт, для сравнения: на данный момент этот показатель составляет около 80 МВт.
Гидроэнергия также входит в состав возобновляемых источников энергии. Но большие ГЭС не относятся к альтернативной энергетике, так как наносят большой вред природе. Альтернативная гидроэнергетика включает малые ГЭС, приливные и волновые электростанции. Кислогубская приливная электростанция (ПЭС) была построена в 1968 году, став первой в России. Генераторы для нее были разработаны Ленинградским электромашиностроительным заводом, входящем сегодня в состав концерна «Русэлпром». На этапе строительства сейчас находятся еще 3 ПЭС.
Волновая энергетика – одно из самых молодых направлений, оно активно развивается во всем мире и имеет большие перспективы. Волновые электростанции бывают принципиально разных видов, и все они доказали свою эффективность: волновая энергетика уже составляет 1% от мировой добычи электроэнергии. Это связано с тем, что сила морской стихии имеет очень большую мощность. В этой области энергетики Россия старается не отставать от передовых технологий. В экспериментальном режиме у нас работают уже 2 волновые установки: в Приморье и в Крыму.
Геотермальная генерация. Не стоит забывать и об энергии недр земли. Источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты, в их числе: Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд. Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных ВИЭ, и зоны их использования невелики. Однако, они составляют большую долю в энергетике таких стран, как Исландия, Филиппины, Мексика, Италия, Индонезия. А в России геотермальная энергия уже обеспечивает электричеством Камчатку на 40%, хотя ее ресурсы еще мало освоены. У нас есть и другие потенциальные регионы для развития геотермальной энергетики: Краснодарский край, Ставрополье, Карачаево-Черкессия, Дагестан.
При переходе на альтернативные источники энергии нужно учитывать особенности конкретного региона. Россия обладает большим потенциалом во всех областях альтернативной энергетики, что является преимуществом и стимулом к развитию технологий, снижению добычи природных ископаемых и вырубки леса, а также сохранению экологии.
Тепловая энергия окружающей среды — Vaillant
Альтернативные источники энергии становятся все более привлекательными. Одной из причин является постоянно растущие цены на традиционные виды топлива. Природа предлагает нам многочисленные возможности для экологически чистого и экономного производства теплой энергии. Тепловые насосы используют энергию, которую природа дает нам бесплатно.
Тепловые насосы — использование энергии окружающей стреды
Земля, в частности, обладает гигантскими запасами энергии. В нескольких метрах ниже ее поверхности она сохраняет солнечное тепло. Из ядра Земли температуры величиной 6500 градусов Цельсия излучаются в ее внешние слои. Тепловые насосы используют геотермальное тепло или тепло грунтовых вод в зависимости от технологии. Энергия, накопленная в окружающем воздухе, также подходит для обогрева помещений и производства горячей воды. Тепловые насосы могут использовать эти ресурсы и, таким образом, существенно снижают затраты на производство тепловой энергии.
Не зависимо от того, какая технология используется, тепловые насосы эффективно работают даже при низких температурах окружающей среды. До 75 процентов ваших потребностей в тепловой энергии могут быть получены непосредственно из окружающей среды и бесплатно. Только 25 процентов должны быть добавлены в виде электрической энергии. В зависимости от технологии, тепловые насосы могут подключаться к трем различным источникам тепла
Преимущества использования тепла окружающей среды в качестве источника энергии:
- Отсутствие эмиссии СО2
- Неисчерпаемый источник энергии
- Независимость от поставщиков энергии
- Низкая стоимость отопления
Требования к использованию тепла окружающей среды:
- Большие радиаторы для низкотемпературной системы
- Хорошая изоляция здания
Геотермальная энергия
Тепловые насосы могут использовать энергию земли. Доставка энергии осуществляется двумя различными способами. Либо используется тепло, близкое к поверхности земли там, где температура одинакова почти круглый год. На поверхности земли на глубине 1,5 м устанавливается земляной коллектор в качестве нагревательного контура, который извлекает тело из земли.
Или же, возможна регенерация тепла с помощью малогабаритного геотермального зонда. Геотермическое тепло выводится с помощью специальных грунтовых зондов, которые заглублены до 100 метров в землю. Температура является постоянной в течение всего года и составляет примерно 10 °C, что достаточно для извлечения тепла.
Преимущество использования геотермального тепла:
Хорошее сбережение тепла: круглый год постоянные температуры 7-13 °C
Требования к использованию геотермального тепла:
- Большие площади земли с открытым доступом (земляной коллектор)
- Может требоваться разрешение
Атмосферный воздух как источник энергии
Тепловые насосы могут использовать для отопления окружающий воздух и запасенную в нем энергию. Наши современные тепловые насосы работают экономно и осуществляют нагрев даже при температуре наружного воздуха до -20 ° С.
Преимущества использования атмосферного воздуха:
- Отличная доступность из-за свободного доступа к источнику энергии без переоснащения
- Не требуется разрешения
- Самые низкие инвестиционные затраты
- Особенно подходит для модернизации
Требования к использованию атмосферного воздуха:
- Площадка для установки наружного блока
Грунтовые воды как источник энергии
Тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из грунтовых вод. Их температура постоянная независимо от времени года и внешней температуры. Для извлечения грунтовых вод необходим колодец.
Преимущества использования грунтовых вод:
- Высокая эффективность
- Хорошая аккумуляция тепла: в морозный зимний день поддерживается температура 7-12 °C
Требования к использованию грунтовых вод:
- Качество и количество грунтовых вод: грунтовая вода с низким содержанием минералов и извести
Наилучший источник энергии для ваших целей
То, какой источник энергии и, следовательно, какой тип тепловой насосной системы наилучшим образом подходит для вашего применения, зависит от многих факторов. Следует принять во внимание различные закупочные цены и эксплуатационные расходы.
Однако, отдельные типы тепловых насосов также отличаются друг от друга с точки зрения разрешений, продвижения и требований к зданию.
При выборе нужной системы обогрева стандартного решения не существует. Однако нетрудно найти ту систему, которая удовлетворяет вашим требованиям. Поговорите со специалистами-теплотехниками компании Vaillant. Они могут помочь вам в планировании оптимальной системы обогрева.
Альтернативная энергия | источники, виды, использование
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)
Альтернативные виды энергии
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.
2. Ветроэнергетика
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
Главная 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.
Виды возобновляемой энергии в России
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?
Источники энергии — Управление энергетической информации США (EIA)
Большая часть нашей энергии невозобновляема
В Соединенных Штатах и многих других странах большинство источников энергии для выполнения работы являются невозобновляемыми источниками энергии:
Эти источники энергии называются невозобновляемыми, потому что их запасы ограничены объемами, которые мы можем добыть или извлечь из земли. Уголь, природный газ и нефть образовывались на протяжении тысяч лет из захороненных останков древних морских растений и животных, которые жили миллионы лет назад.Вот почему мы также называем эти источники энергии ископаемое топливо .
Большинство нефтепродуктов, потребляемых в Соединенных Штатах, производится из сырой нефти, но жидкие углеводороды также могут быть получены из природного газа и угля.
Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для получения тепла и, в конечном итоге, электричества. Ученые считают, что уран был создан миллиарды лет назад, когда образовались звезды.Уран находится повсюду в земной коре, но добывать его и перерабатывать в топливо для атомных электростанций слишком сложно или слишком дорого.
Есть пять основных возобновляемых источников энергии
Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:
Их называют возобновляемыми источниками энергии, потому что они восполняются естественным образом. День за днем светит солнце, растут растения, дует ветер, текут реки.
Возобновляемая энергия была основным источником энергии на протяжении большей части истории человечества
На протяжении большей части истории человечества биомасса растений была основным источником энергии, которую сжигали для получения тепла и корма животных, используемых для транспортировки и вспашки.Невозобновляемые источники начали заменять большую часть возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах в начале 1800-х годов, а к началу 1900-х годов ископаемое топливо было основным источником энергии. Использование биомассы для отопления домов оставалось источником энергии, но в основном в сельской местности и для дополнительного тепла в городских районах. В середине 1980-х годов использование биомассы и других форм возобновляемой энергии начало расти в основном из-за стимулов к их использованию, особенно для производства электроэнергии. Многие страны работают над увеличением использования возобновляемых источников энергии, чтобы сократить и избежать выбросов углекислого газа.
Узнайте больше об истории использования энергии в США и графиках использования источников энергии.
На приведенной ниже диаграмме показаны источники энергии в США, их основные виды использования и их процентные доли в общем потреблении энергии в США в 2020 году.
Скачать изображение Энергопотребление в США по источникам, 2020 г. потребление энергии по источникам, 2020 биомасса возобновляемые источники тепла, электричество, транспорт 4,9% гидроэнергия возобновляемые источники электроэнергии 2,8% ветро возобновляемые источники электроэнергии 3.2% солнечные возобновляемые источники тепла, электричество 1,3% геотермальные возобновляемые источники тепла, электричество 0,2% бензин без возобновляемых источников энергии транспорт, производство, электроэнергия 34,7% природный газ невозобновляемые источники тепла, производство, электричество, транспорт 33,9% уголь В число источников, не включенных выше, входят чистый импорт электроэнергии и угольный кокс. Сумма отдельных процентов может не равняться 100% из-за независимого округления. Источник: U.S. Energy Information Administration, Monthly Energy Review, таблица 1.3, апрель 2021 г., предварительные данныеПоследнее обновление: 7 мая 2021 г.
Объяснение нефти и нефтепродуктов
Что такое сырая нефть и что такое нефтепродукты?
Мы называем сырую нефть и нефть ископаемым топливом , потому что они представляют собой смесь углеводородов, образовавшуюся из останков животных и растений (диатомовых водорослей), которые жили миллионы лет назад в морской среде до появления динозавров.На протяжении миллионов лет останки этих животных и растений были покрыты слоями песка, ила и камней. Тепло и давление этих слоев превратили останки в то, что мы теперь называем сырой нефтью или нефтепродуктами. Слово нефть означает каменное масло или нефть из земли.
Источник: Управление энергетической информации США (общественное достояние)
Нажмите для увеличения
Диатомовые водоросли под микроскопом.
Источник: изображение использовано с разрешения Micrographia
.Сырая нефть и другие углеводороды существуют в жидкой или газообразной форме в подземных резервуарах или резервуарах, в крошечных пространствах в осадочных породах и около поверхности земли в гудроне (или нефтяных) песках . Нефтепродукты — это топливо, произведенное из сырой нефти и углеводородов, содержащихся в природном газе. Нефтепродукты также можно производить из угля, природного газа и биомассы.
Продукты из сырой нефти
После того, как сырая нефть удалена из земли, она отправляется на нефтеперерабатывающий завод, где различные части сырой нефти разделяются на пригодные для использования нефтепродукты.Эти нефтепродукты включают бензин, дистилляты, такие как дизельное топливо и топочный мазут, топливо для реактивных двигателей, нефтехимическое сырье, воски, смазочные масла и асфальт. Дополнительные сведения см. В разделе «Переработка сырой нефти — входы и выходы»
Американский баррель сырой нефти объемом 42 галлона дает около 45 галлонов нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих заводах США из-за увеличения переработки нефти. Это увеличение громкости похоже на то, что происходит с попкорном, когда он лопается. Ядро кукурузы меньше и плотнее, чем лопнувшееся ядро.Количество производимых отдельных продуктов варьируется от месяца к месяцу и от года к году, поскольку нефтеперерабатывающие заводы корректируют производство для удовлетворения рыночного спроса и увеличения прибыльности.
Нажмите для увеличения
Последнее обновление: 26 июля 2021 г.
ОбъяснениеCoal — Управление энергетической информации США (EIA)
Уголь образуется за миллионы лет
Уголь — это горючая осадочная порода черного или коричневато-черного цвета с высоким содержанием углерода и углеводородов.Уголь классифицируется как невозобновляемый источник энергии, потому что на его образование уходят миллионы лет. Уголь содержит энергию, запасенную растениями, которые сотни миллионов лет назад жили в заболоченных лесах.
Слои земли и камня покрывали растения миллионы лет. В результате давление и тепло превратили растения в вещество, которое мы называем углем.
Виды угля
Уголь подразделяется на четыре основных типа или классов: антрацитовый, битуминозный, полубитуминозный и лигнит.Рейтинг зависит от типов и количества углерода, содержащегося в угле, и от количества тепловой энергии, которую уголь может производить. Класс угольных месторождений определяется количеством давления и тепла, которые воздействовали на растения с течением времени.
Антрацит содержит 86–97% углерода и обычно имеет самую высокую теплотворную способность из всех марок угля. На антрацит приходилось менее 1% угля, добытого в Соединенных Штатах в 2020 году. Все антрацитовые шахты в Соединенных Штатах находятся на северо-востоке Пенсильвании.В США антрацит в основном используется в металлургической промышленности.
Битуминозный уголь марки содержит 45–86% углерода. Битуминозному углю в США от 100 до 300 миллионов лет. Битумный уголь является наиболее распространенным видом угля в Соединенных Штатах, и на него приходилось около 44% от общего объема добычи угля в США в 2020 году. Битумный уголь используется для выработки электроэнергии и является важным топливом и сырьем для производства коксующегося угля или использование в черной металлургии.В 2020 году битуминозный уголь добывался как минимум в 18 штатах, но на долю пяти штатов приходилось около 74% общего производства битуминозных пород: Западная Вирджиния (28%), Пенсильвания (14%), Иллинойс (13%), Кентукки (10%), и Индиана (8%).
Суббитуминозный уголь обычно содержит 35–45% углерода и имеет более низкую теплотворную способность, чем битуминозный уголь. Возраст большинства полубитуминозных углей в Соединенных Штатах не менее 100 миллионов лет. Около 46% от общего объема добычи угля в США в 2020 году было суббитуминозным, около 88% было добыто в Вайоминге и 8% в Монтане.Остальное было произведено на Аляске, Колорадо и Нью-Мексико.
Бурый уголь содержит 25–35% углерода и имеет самое низкое энергосодержание среди всех марок углей. Месторождения бурого угля, как правило, относительно молодые и не подвергались воздействию высоких температур или давления. Бурый уголь рассыпчатый и имеет высокое содержание влаги, что обуславливает его низкую теплотворную способность. В 2020 году на бурый уголь приходилось 9% от общего объема добычи угля в США. Около 54% было добыто в Северной Дакоте и около 39% — в Техасе.Остальные 7% были произведены в Луизиане, Миссисипи и Монтане. Бурый уголь в основном используется для выработки электроэнергии. Завод в Северной Дакоте также перерабатывает бурый уголь в синтетический природный газ, который отправляется по трубопроводам природного газа потребителям на востоке США.
Последнее обновление: 19 октября 2021 г.
чтений: Энергия Земли | Геология
Большая часть энергии Земли поступает от Солнца. Практически вся жизнь на Земле зависит от солнечной энергии, поскольку растения используют солнечный свет для производства пищи в процессе фотосинтеза.Фотосинтез — это процесс, которым питаются растения и животные, которые, в свою очередь, в течение миллионов лет превращаются в ископаемое топливо. Солнце нагревает некоторые области Земли больше, чем другие области, что вызывает ветер. Энергия Солнца также управляет круговоротом воды, который перемещает воду по поверхности Земли. Некоторые из этих типов энергии могут использоваться людьми.
Другой основной источник энергии — это внутреннее тепло Земли. Это тепло имеет два источника: распад химических элементов за счет радиоактивности и тепло, оставшееся после того, как планета собралась вместе.Эти два источника будут описаны более подробно в следующих главах.
Энергетические ресурсы
Все требует энергии. Даже когда вы сидите максимально неподвижно, ваше тело использует энергию для дыхания, циркуляции крови, переваривания пищи и выполнения многих других функций. Производство света или тепла требует энергии. Создание чего-либо требует энергии. Все растения и животные нуждаются в энергии для своего функционирования. Повторюсь, все требует энергии!
Потребность в энергии
Рисунок 1.Башни электропередачи, подобные показанной на этом рисунке, помогают доставлять электроэнергию, которую люди используют для производства энергии каждый день.
Энергия — это способность выполнять работу или производить изменения. Каждому живому существу нужна энергия для выполнения своих повседневных функций и еще больше энергии для роста. Растения получают энергию из «пищи», которую они производят путем фотосинтеза, а животные получают энергию прямо или косвенно из этой пищи. Люди также используют энергию для многих вещей, таких как приготовление пищи, хранение мороженого в морозилке, обогрев дома, строительство небоскреба или освещение своих домов.Поскольку миллиарды людей во всем мире используют энергию, существует огромная потребность в энергоресурсах (рисунок 1). Энергосбережение — это то, что каждый может сделать сейчас, чтобы снизить нагрузку на энергоресурсы.
Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Это означает, что даже если энергия меняет форму, общее количество энергии всегда остается неизменным. Как энергия преобразуется из одного типа в другой, когда вы пинаете футбольный мяч? Когда ваше тело расщепляет пищу, которую вы едите, оно накапливает энергию из пищи в виде химической энергии .Химическая энергия хранится в химических связях. Но нужно высвободить часть этой накопленной энергии, чтобы мышцы ног двигались. Химическая энергия преобразуется в другую форму энергии, называемую кинетической энергией . Кинетическая энергия — это энергия всего движущегося. Ваши мышцы двигают ногой, ваша ступня бьет по мячу, и мяч получает кинетическую энергию от удара. Таким образом, вы можете представить себе удар ногой по мячу как историю об изменении формы энергии.
Чтобы узнать квадратные уравнения, позволяющие заставить быстро движущийся автомобиль преодолеть кинетическую энергию и остановиться, посмотрите это видео:
Потенциальная энергия — это запасенная энергия.Потенциальная энергия может выполнять работу или преобразовываться в другие формы энергии. Если мяч сидит на самом краю вершины холма, он не движется, но он обладает большой потенциальной энергией.
Анимации, показывающие преобразование потенциальной энергии в кинетическую, можно увидеть на следующих сайтах:
Энергия, топливо и тепло
Если вы читаете книгу при горящей лампе, эта лампа получает энергию от электричества. Энергия для производства электричества поступает из топлива. Топливо выделяет энергию. Топливо — это любой материал, который может выделять энергию при химическом изменении.
Какие есть образцы топлива и для чего они используются?
- Еда — это топливо для вашего тела.
- Солнечный свет — это энергия, необходимая растениям для производства пищи путем фотосинтеза.
- Бензин автомобильный.
- Водород — топливо для Солнца.
Рисунок 2. Управляемый пожар.
Чтобы топливо было полезным, его энергия должна выделяться контролируемым образом.Контроль высвобождения энергии позволяет использовать энергию для выполнения работы. Когда топливо используется для получения энергии, оно обычно сжигается, и большая часть энергии выделяется в виде тепла (рисунок 2). Затем тепло можно использовать для работы. Представьте себе человека, чиркнувшего спичкой, чтобы поджечь маленькие веточки. После того, как веточки обгорят какое-то время, они становятся достаточно горячими, чтобы загореться некоторые более крупные палочки. Огонь становится все жарче, и вскоре он становится достаточно горячим, чтобы сжечь целые поленья. Довольно скоро огонь разгорится, и поставленная на огонь кастрюля с водой закипит.Часть жидкой воды испаряется.
Каков источник энергии для кипячения и испарения воды? Хотя некоторая химическая энергия спички использовалась для разжигания огня, тепло для кипения и испарения воды исходит от энергии, которая хранилась в древесине. Дрова — топливо для огня.
Виды энергоресурсов
Рисунок 3. Антрацитовый уголь — невозобновляемый энергетический ресурс.
Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми. Невозобновляемые ресурсы используются быстрее, чем их можно заменить, поэтому предложение, доступное для общества, ограничено (см. Пример на рисунке 3). Возобновляемые ресурсы не закончатся, потому что они заменяются так же быстро, как и используются. Можете ли вы подумать о возобновляемых и невозобновляемых источниках энергии?
Невозобновляемые ресурсы
Ископаемые виды топлива — уголь, нефть и природный газ — являются наиболее распространенным примером невозобновляемых источников энергии. Ископаемое топливо образуется из окаменелостей, частично разложившихся останков некогда живых растений и животных.На формирование этих окаменелостей потребовались миллионы лет. Когда ископаемое топливо сжигается для получения энергии, оно выбрасывает в атмосферу загрязняющие вещества. Ископаемое топливо также выделяет углекислый газ и другие парниковые газы, которые вызывают повышение глобальной температуры. Влияние использования ископаемого топлива на окружающую среду обсуждается в главах «Климат» и «Действия человека и атмосфера».
Возобновляемые ресурсы
Возобновляемые источники энергии включают солнечную энергию, воду, ветер, биомассу и геотермальную энергию.Эти ресурсы либо практически безграничны, как Солнце, которое будет продолжать светить миллиарды лет, либо будут заменены быстрее, чем мы сможем их использовать. Количество падающей воды или ветра со временем будет меняться, но их довольно много. Энергия биомассы, как дрова для огня, может быть быстро заменена.
Использование возобновляемых ресурсов также может вызвать проблемы. Некоторые из них дороги, а некоторые, например деревья, используются для других целей. Некоторые вызывают экологические проблемы. По мере совершенствования технологий и увеличения количества людей, использующих возобновляемые источники энергии, цены могут снизиться.В то же время, по мере того, как мы используем ископаемое топливо, уголь, нефть и природный газ, эти невозобновляемые ресурсы будут дорожать. В какой-то момент, даже если стоимость возобновляемой энергии высока, невозобновляемая энергия станет еще дороже. В конечном итоге нам придется использовать возобновляемые источники.
Важные моменты, которые следует учитывать при рассмотрении энергетических ресурсов
При рассмотрении как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов необходимо учитывать как минимум два важных момента. Во-первых, у нас должен быть практический способ превратить ресурс в полезную форму энергии.Во-вторых, мы должны учитывать, что происходит, когда мы превращаем ресурс в энергию.
Например, если мы получаем намного меньше энергии от сжигания топлива, чем мы вкладываем в его производство, то это топливо, вероятно, не является практическим энергетическим ресурсом. С другой стороны, если другое топливо дает нам большое количество энергии, но создает большое количество загрязнения, это топливо также может быть не лучшим выбором в качестве энергетического ресурса.
Сегодня мы полагаемся на электричество больше, чем когда-либо, но ресурсы, которые в настоящее время поставляют нашу энергию, ограничены.Гонка продолжается, чтобы использовать больше возобновляемых ресурсов, но доставка всей этой чистой энергии с производственных площадок в дома и на предприятия оказывается серьезной проблемой.
Невозобновляемые источники энергии
Миллионы лет назад растения использовали энергию Солнца для образования сахаров, углеводов и других богатых энергией углеродных соединений, которые позже были преобразованы в уголь, нефть или природный газ. Солнечная энергия, хранящаяся в этих видах топлива, является богатым источником энергии.Хотя ископаемое топливо дает очень качественную энергию, оно не является возобновляемым.
По большей части, невозобновляемые источники энергии ответственны за свет, который виден в этой анимации.
Образование ископаемого топлива
Рис. 4. Это водно-болотное угодье может напоминать древнее болото, образующее уголь.
Можете назвать несколько окаменелостей? Как насчет костей динозавров или следов динозавров? Скелеты животных, зубы, раковины, копролиты (также известные как фекалии) или любые другие останки или следы живого существа, которое становится камнем, — это окаменелость .
Те же процессы, которые привели к образованию этих окаменелостей, также создали некоторые из наших самых важных энергетических ресурсов, ископаемых видов топлива . Уголь, нефть и природный газ — это ископаемые виды топлива. Ископаемое топливо происходит из живого вещества примерно 500 миллионов лет назад. Когда растения и животные умирали, их останки оседали на земле, в болотах, озерах и морях (рис. 4).
Рис. 5. Углеводороды состоят из атомов углерода и водорода. Эта молекула с одним углеродом и четырьмя атомами водорода — метан.
Со временем слой за слоем они накапливаются. В конце концов, слои были погребены настолько глубоко, что были раздавлены огромной массой земли. Вес этой земли, давящий на останки растений и животных, создавал сильную жару и давление. После миллионов лет тепла и давления материал в этих слоях превратился в химические вещества, называемые углеводородами (рис. 5). Вот анимированный вид углеводорода.
Углеводороды могут быть твердыми, жидкими или газообразными.Твердая форма — это то, что мы называем углем. Жидкая форма — нефть или сырая нефть. Природный газ — это газообразная форма.
Уголь
Уголь , твердое ископаемое топливо, образующееся из частично разложившихся остатков древних лесов, сжигается в основном для производства электроэнергии. Использование угля стремительно растет по мере того, как доступность нефти и природного газа уменьшается, а стоимость увеличивается. Этот рост использования угля происходит особенно в развивающихся странах, таких как Китай, где уголь дешев и его много.
Угольная формация
Уголь образуется из мертвых растений, поселившихся на дне древних болот. Пышные угольные болота были обычным явлением в тропиках в течение каменноугольного периода, который имел место более 300 миллионов лет назад (рисунок 6). Тогда климат был теплее.
Рисунок 6. Расположение континентов в каменноугольный период. Обратите внимание, что довольно много суши находится в районе тропиков.
Рис. 7. Битуминозный уголь — это осадочная порода.
Грязь и другие мертвые растения погребли органический материал в болоте, а захоронение удерживало кислород. Когда растения хоронят без кислорода, органический материал может быть сохранен или окаменел. Песок и глина, оседая на гниющих растениях, выдавливали воду и другие вещества. Миллионы лет спустя осталась углеродсодержащая порода, известная нам как уголь.
Уголь черный или коричневато-черный. Наиболее распространенная форма угля — битуминозная, осадочная порода, содержащая примеси, такие как сера (рис. 7).Антрацитовый уголь, показанный на рисунке 3, подвергся метаморфозам и почти полностью состоит из углерода. По этой причине антрацитовый уголь горит более чисто, чем битуминозный.
Использование угля
Во всем мире уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии. Соединенные Штаты богаты углем (диаграмма 8). В Калифорнии когда-то было несколько небольших угольных шахт, но штат больше не производит уголь. Чтобы превратить уголь в электричество, камень измельчают в порошок, который затем сжигают в печи с котлом.Как и другие виды топлива, уголь выделяет свою энергию в виде тепла при горении. Тепло от горящего угля кипятит воду в котле для образования пара. Пар вращает турбины, которые превращают генераторы в электричество. Таким образом, энергия, хранящаяся в угле, преобразуется в полезную энергию, такую как электричество.
Рисунок 8. Угледобывающие регионы США в 1996 году. Оранжевый — антрацит высшего сорта; красный — низколетучий битумный; серый и серо-зеленый — битумный от средней до высоколетучей; зеленый — суббитуминозный; а желтый — бурый уголь низшего сорта
Уголь, который был обнаружен, но не используется, является частью наших запасов.Запасы важны, потому что, если цена ресурса повышается или стоимость его добычи снижается, они могут быть полезны.
Последствия использования угля
Для использования угля в качестве источника энергии его необходимо сначала добыть. Добыча угля происходит на поверхности или под землей методами, описанными в главе «Минералы Земли» (рис. 9). Добыча полезных ископаемых, особенно подземные, может быть опасной. В апреле 2010 года двадцать девять горняков погибли на угольной шахте Западной Вирджинии, когда газ, скопившийся в туннелях шахты, взорвался и вызвал пожар.
Рисунок 9. Уголь, используемый на электростанциях, необходимо добывать. Один из методов добычи угля — это удаление с вершины горы.
Некоторые возможные типы экологического ущерба в результате добычи полезных ископаемых обсуждаются в главе «Минералы Земли». При добыче угля минералы и горные породы подвергаются воздействию из-под земли в воздух и воду на поверхности. Многие из этих минералов содержат элемент серу, который смешивается с воздухом и водой, образуя серную кислоту, очень коррозионно-агрессивное химическое вещество. Попадание серной кислоты в ручьи может привести к гибели рыб, растений и животных, обитающих в воде или рядом с ней.
Масло
Нефть — это жидкое ископаемое топливо, которое чрезвычайно полезно, поскольку его можно легко транспортировать и использовать в автомобилях и других транспортных средствах. В настоящее время нефть является крупнейшим источником энергии в мире.
Нефтяная формация
Нефть из земли называется сырой нефтью , которая представляет собой смесь множества различных углеводородов. Сырая нефть представляет собой густой жидкий углеводород темно-коричневого или черного цвета. Нефть также образуется из захороненных мертвых организмов, но это крошечные организмы, которые живут на поверхности моря и затем опускаются на морское дно, когда умирают.Мертвые организмы удерживаются от кислорода слоями других мертвых существ и отложениями. По мере того, как слои накапливаются, температура и давление возрастают. За миллионы лет мертвые организмы превращаются в жидкое масло.
Добыча нефти
Рис. 10. Нефть (красная) находится в пористом слое породы (желтая) и удерживается непроницаемым слоем (коричневый). Складчатая конструкция позволила нефти скапливаться, поэтому в коллекторе можно было пробурить скважину.
Для сбора нефть должна располагаться между пористым слоем породы и непроницаемым слоем (рисунок 10).Попав в ловушку над пористым слоем породы и под непроницаемым слоем, нефть будет оставаться между этими слоями до тех пор, пока не будет извлечена из породы.
Чтобы разделить различные типы углеводородов в сырой нефти для разных целей, сырая нефть должна быть переработана на нефтеперерабатывающих заводах, подобных показанному на рисунке 11. Очистка возможна, потому что каждый углеводород в сырой нефти кипит при разной температуре. Когда масло кипятится на нефтеперерабатывающем заводе, отдельное оборудование собирает различные соединения.
Рис. 11. Нефтеперерабатывающие заводы, подобные этому, разделяют сырую нефть на многие полезные виды топлива и другие химические вещества.
Использование масла
Большинство соединений, которые образуются в процессе очистки, представляют собой топливо, такое как бензин, дизельное топливо и топочный мазут. Поскольку это топливо является богатым источником энергии и его можно легко транспортировать, нефть обеспечивает около 90% энергии, используемой для транспортировки по всему миру. Остальные компоненты сырой нефти используются для изготовления восков, пластмасс, удобрений и других продуктов.
Бензин находится в удобной форме для использования в автомобилях и других транспортных средствах. В двигателе автомобиля сгоревший бензин в основном превращается в углекислый газ и водяной пар. Топливо выделяет большую часть своей энергии в виде тепла, что приводит к расширению газов. Это создает достаточную силу, чтобы перемещать поршни внутри двигателя и приводить в движение автомобиль.
Последствия использования масла
Соединенные Штаты действительно производят нефть, но ее объем составляет лишь около четверти того количества, которое страна использует.В Соединенных Штатах имеется лишь около 1,5% доказанных мировых запасов нефти, поэтому большая часть нефти, используемой американцами, должна импортироваться из других стран.
Основными нефтедобывающими регионами США являются Мексиканский залив, Техас, Аляска и Калифорния. Большая часть морского бурения происходит в Мексиканском заливе, но есть и морские платформы в Калифорнии (Рисунок 12). Вот анимация расположения нефтяных бассейнов в прилегающих Соединенных Штатах.
Рисунок 12.Расположение морских скважин в Мексиканском заливе. Учтите, что некоторые колодцы находятся на очень большой глубине.
Как и любой другой вид добычи, добыча нефти имеет экологические последствия. Нефтяные вышки неприглядны (рис. 13), а разливы нефти случаются слишком часто (рис. 14).
Рис. 13. Буровые установки на нефтяном месторождении Сан-Ардо в Монтерее, Калифорния.
Рис. 14. Смертельный взрыв на нефтяной вышке в Мексиканском заливе в апреле 2010 г. привел к крупному разливу нефти. Когда этот снимок был сделан в июле 2010 года, нефть все еще текла в Персидский залив.Долгосрочные последствия разлива изучаются и пока неизвестны.
Природный газ
Природный газ , часто называемый просто газом, состоит в основном из углеводородного метана (см. Структуру на рисунке 5).
Образование природного газа
Природный газ образуется в тех же условиях, что и нефть. Органический материал, захороненный в отложениях, затвердевает и становится сланцевым пластом, который является источником газа. Хотя природный газ образуется при более высоких температурах, чем сырая нефть, они часто встречаются вместе.На этой анимации видно формирование месторождения полезных ископаемых.
Самые большие запасы природного газа в США находятся в Аппалачском бассейне, штат Техас, и в районе Мексиканского залива (Рисунок 15). В Калифорнии также есть природный газ, который находится в основном в Центральной долине. В северной части долины Сакраменто и дельты Сакраменто заполненный осадками желоб образовался вдоль места, где кора была сдвинута вместе (древняя сходящаяся окраина). Вот анимация мировых запасов природного газа.
Рисунок 15. Добыча газа в Нижних 48 Штатах.
Использование природного газа
Подобно сырой нефти, природный газ необходимо переработать, прежде чем его можно будет использовать в качестве топлива. Некоторые химические вещества в необработанном природном газе ядовиты для человека. Другие химические вещества, такие как вода, делают газ менее полезным в качестве топлива. При переработке природного газа удаляется почти все, кроме метана. После обработки газ готов к доставке и использованию. Природный газ доставляется в дома для таких целей, как приготовление пищи и отопление.Подобно углю и нефти, природный газ также сжигается для выработки тепла для работы турбин. Вращающиеся турбины вращают генераторы, а генераторы вырабатывают электричество.
Последствия использования природного газа
Рис. 16. Буровая установка на природном газе.
Природный газ горит намного чище, чем другие ископаемые виды топлива, а это означает, что он вызывает меньшее загрязнение воздуха. Природный газ также производит меньше углекислого газа, чем другие ископаемые виды топлива, при том же количестве энергии, поэтому его влияние на глобальное потепление меньше (рисунок 16).Посмотрите на загрязнение, создаваемое автомобилем, сжигающим бензин, и автомобилем, сжигающим природный газ, в этой анимации.
К сожалению, бурение на природный газ может быть разрушительным для окружающей среды. Одним из используемых методов является гидравлический разрыв пласта, также называемый гидроразрывом, который увеличивает скорость извлечения природного газа. Жидкости закачиваются через ствол скважины для создания трещин в породе-резервуаре, содержащей природный газ. В жидкость добавляется материал для предотвращения закрытия трещин. Ущерб происходит в основном из-за химических веществ в жидкостях для гидроразрыва.Химические вещества, которые были обнаружены в жидкостях, могут быть канцерогенными (вызывающими рак), радиоактивными материалами или эндокринными разрушителями, которые прерывают гормоны в организме людей и животных. Жидкости могут попадать в грунтовые воды или могут стекать в ручьи и другие поверхностные воды.
Запасы ископаемого топлива
Ископаемое топливо в настоящее время обеспечивает около 85% мировой энергии. Мировое использование ископаемого топлива увеличилось во много раз за последние полвека (уголь: 2,6x, нефть: 8x, природный газ: 14x) из-за увеличения численности населения, из-за увеличения количества автомобилей, телевизоров и других видов топлива, потребляющих топливо. использования в развитых странах, а также в связи с улучшением образа жизни в развивающихся странах.На этой анимации можно увидеть прошлое и прогнозируемое использование различных типов энергии в Соединенных Штатах.
Рисунок 17. Мировые запасы нефти.
Количество ископаемого топлива, которое остается неиспользованным, неизвестно, но, вероятно, его можно измерить десятилетиями для нефти и природного газа и через несколько столетий для угля (рисунок 17). Все чаще используются альтернативные источники ископаемого топлива, такие как горючие сланцы и битуминозные пески (рис. 18).
Рис. 18. Спутниковый снимок карьера нефтеносных песков в Канаде.
Экологические последствия добычи этих видов топлива и использования ископаемого топлива в целом, наряду с тем фактом, что эти виды топлива не имеют безграничных запасов, побуждают к развитию альтернативных источников энергии.
Ядерная энергия
Рис. 19. При ударе крошечной частицы уран-235 распадается и выделяет энергию.
Когда ядро атома расщепляется, оно выделяет огромное количество энергии, называемой ядерной энергией. Чтобы использовать ядерную энергию в качестве источника энергии, ученые и инженеры научились расщеплять ядра и контролировать выделение энергии (рис. 19).
Использование ядерной энергии
Атомные электростанции, подобные показанной на рисунке 20, используют уран, который добывают, обрабатывают и затем концентрируют в топливных стержнях. Когда на атомы урана в топливных стержнях попадают другие чрезвычайно крошечные частицы, они расщепляются. Количество мельчайших частиц, попавших в топливные стержни, необходимо контролировать, иначе они могут вызвать опасный взрыв. Энергия атомной электростанции нагревает воду, которая создает пар и заставляет турбину вращаться.Вращающаяся турбина вращает генератор, который, в свою очередь, производит электричество.
Рисунок 20. Атомные электростанции, подобные этой, обеспечивают Францию почти 80% электроэнергии.
Многие страны мира используют ядерную энергию в качестве источника электроэнергии. В Соединенных Штатах чуть менее 20% электроэнергии вырабатывается за счет ядерной энергии.
Последствия ядерной энергетики
Атомная энергетика чиста. Он не загрязняет воздух и не выделяет углекислый газ.Однако использование ядерной энергии создает другие экологические проблемы. Уран необходимо добывать (рисунок 21). В процессе расщепления атомов образуются радиоактивные отходы, которые остаются опасными в течение тысяч или сотен тысяч лет. На данный момент не существует долгосрочного решения для хранения этих отходов.
Рисунок 21. Урановый рудник в национальном парке Какаду, Австралия.
Развитие атомных электростанций приостановлено на три десятилетия. Аварии на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле, Украина, подтвердили худшие опасения людей по поводу опасностей использования ядерной энергии (диаграмма 22).
Рисунок 22. Поврежденное здание недалеко от места аварии на Чернобыльской АЭС.
В последнее время ядерная энергетика, похоже, возвращается, поскольку общество ищет альтернативы ископаемым видам топлива. Но катастрофа 2011 года на АЭС «Фукусима-дайити» в Японии, возможно, вызвала новый страх перед ядерной энергетикой. Причиной катастрофы стало землетрясение магнитудой 9,0 баллов и последующее цунами, которое повредило станцию. Хотя полного обвала удалось предотвратить, на заводе произошло несколько частичных отказов, разрывов активной зоны, радиационных выбросов и отказов охлаждения.Планируется, что до конца 2011 года завод будет полностью остановлен в холодном состоянии.
KQED: Использование ядерной энергии. Ядерная энергетика — неоднозначная тема в Калифорнии и большинстве других мест. Ядерная энергетика не содержит загрязняющих веществ, включая выбросы углерода, но электростанции не всегда безопасны, а долгосрочное удаление отходов — это проблема, которая еще не решена. Будущее ядерной энергетики туманно.
Возобновляемые источники энергии
Ископаемые виды топлива имеют то преимущество, что они дешевы и транспортабельны, но они наносят ущерб окружающей среде и в конечном итоге закончатся.Возобновляемые источники энергии, по определению, не иссякнут, и большинство из них не вызывают большого загрязнения. Но у возобновляемых источников энергии есть и обратная сторона. В этом уроке будут описаны как преимущества, так и недостатки солнечной, водной, ветровой, биомассы и геотермальной энергии.
Солнечная энергия
Солнце — главный источник энергии Земли, что делает развитие солнечной энергии естественным выбором в качестве альтернативного источника энергии.
Солнечная энергия
Энергия Солнца исходит от самого легкого элемента, водорода, сливаясь вместе, образует второй по легкости элемент, гелий.Ядерный синтез высвобождает огромное количество солнечной энергии. Энергия движется к Земле в основном в виде видимого света. Свет переносит энергию через пустое пространство между Солнцем и Землей в виде излучения и .
Использование солнечной энергии
Рисунок 23. Солнечные панели служат источником энергии для Международной космической станции.
Солнечная энергия использовалась для производства энергии в небольших масштабах в течение сотен лет, а растения использовали ее миллиарды лет. В отличие от энергии ископаемого топлива, которое почти всегда поступает от центральной электростанции или нефтеперерабатывающего завода, солнечную энергию можно использовать локально (рисунок 23).Набор солнечных батарей на крыше дома можно использовать для нагрева воды в бассейне или для обеспечения дома электричеством.
Общество начинает использовать солнечную энергию в больших масштабах. Ученые и инженеры проводят очень активные и постоянные исследования новых способов более эффективного использования энергии Солнца. Из-за огромного количества падающего солнечного света солнечная энергия развивается в Соединенных Штатах в юго-восточной Калифорнии, Неваде и Аризоне.
Солнечные электростанции превращают солнечный свет в электричество, используя большую группу зеркал для фокусировки солнечного света в одном месте, называемом приемником (рис. 24).Жидкость, такая как масло или вода, протекает через этот ресивер и нагревается до высокой температуры сфокусированным солнечным светом. Нагретая жидкость передает свое тепло ближайшему объекту, имеющему более низкую температуру, посредством процесса, называемого проводимостью . Энергия, проводимая нагретой жидкостью, используется для производства электричества.
Рис. 24. Эта солнечная электростанция использует зеркала для фокусирования солнечного света на башне в центре. Солнечный свет нагревает жидкость внутри башни до очень высокой температуры, производя энергию для производства электричества.
Вот видео о том, как можно сконцентрировать солнечную энергию, чтобы ее можно было использовать для производства электроэнергии.
Последствия использования солнечной энергии
Рис. 25. Этот экспериментальный автомобиль — один из множества вариантов использования солнечной энергии, которые инженеры нашли.
Солнечная энергия имеет много преимуществ. Он чрезвычайно распространен, широко распространен и никогда не иссякнет. Но есть проблемы с повсеместным использованием солнечной энергии.
- Должен присутствовать солнечный свет. Солнечная энергия бесполезна в местах, где часто бывает облачно или ночью.Однако технология хранения находится в стадии разработки.
- Технология, необходимая для производства солнечной энергии, все еще дорогая. Увеличение числа заинтересованных клиентов будет стимулировать компании исследовать и разрабатывать новые технологии и выяснять, как массово производить существующие технологии (рисунок 25).
- Солнечные панели требуют много места. К счастью, солнечные панели можно разместить на любой крыше, чтобы обеспечить хотя бы часть энергии, необходимой для дома или бизнеса.
Water Power
Вода покрывает 70% поверхности планеты, а гидроэнергия (гидроэлектроэнергия) является наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии в мире.Гидроэлектроэнергия из ручьев обеспечивает почти пятую часть мировой электроэнергии.
Hydroelectric Power
Помните, что потенциальная энергия — это энергия объекта, ожидающего падения. Вода, находящаяся за плотиной, имеет много потенциальной энергии. На гидроэлектростанции плотина через русло реки удерживает ручей для создания водохранилища. Вместо того, чтобы течь по своему обычному каналу, воде позволяют течь в большую турбину. Когда вода движется, она обладает кинетической энергией, которая заставляет турбину вращаться.Турбина подключена к генератору, вырабатывающему электричество (рисунок 26).
Рисунок 26. Поперечный разрез гидроэлектростанции.
Большинство водотоков в Соединенных Штатах и других странах развитого мира, которые подходят для гидроэнергетики, уже перекрыты дамбами (рисунок 27). В Калифорнии около 14,5% всей электроэнергии приходится на гидроэнергетику. Почти 400 гидроэлектростанций штата расположены в основном в восточных горных хребтах, где большие ручьи спускаются по крутому склону.
Рис. 27. Плотины гидроэлектростанций, подобные этой, используют силу движущейся воды для производства электроэнергии.
Последствия водопользования
Рисунок 28. Дамба Глен-Каньон в Аризоне образовала озеро Пауэлл. Плотина вызвала споры, потому что она затопила Глен-Каньон, красивый пустынный каньон.
Основным преимуществом гидроэнергетики является то, что она вырабатывает электроэнергию без какого-либо загрязнения. Гидроэнергетика также является возобновляемым ресурсом, поскольку поток будет продолжать течь.Однако количество подходящих участков для плотин ограничено. Гидроэнергетика также имеет экологические проблемы. Когда большая плотина нарушает течение реки, это изменяет экосистему вверх по течению. По мере того, как земля затопляется подъемом воды, растения и животные перемещаются или погибают. Многие красивые пейзажи, деревни и места археологических раскопок были затоплены водой в водохранилище (рис. 28).
Плотина и турбины также изменяют среду ниже по течению для рыб и других живых существ. Плотины замедляют выброс ила, так что дельты ниже по течению отступают, а приморские города становятся опасно уязвимыми для штормов и повышения уровня моря.
Ocean Water Power
Энергию волн и приливов можно использовать для производства энергии воды. Приливным электростанциям может потребоваться перекрыть узкую бухту или устье. Волновые источники энергии должны выдерживать прибрежные штормы и коррозию морской воды. Из-за множества проблем, связанных с ними, приливные и волновые электростанции не очень распространены.
KQED: Использование силы моря. Многие считают, что приливная энергия, хотя она еще не получила широкого распространения, имеет больший потенциал, чем энергия ветра или солнца, для удовлетворения потребностей в альтернативной энергии.Радио Quest рассматривает планы по использованию энергии с моря через Сан-Франциско и вдоль северного побережья Калифорнии.
Энергия ветра
Энергия ветра — это самый быстрорастущий возобновляемый источник энергии в мире. Ветряные мельницы теперь можно увидеть во многих местах, либо по отдельности, либо, чаще, на больших полях. Wind Powering America следит за развитием ветроэнергетики в Соединенных Штатах за последние несколько лет.
Энергия ветра
Энергия солнца также создает ветер, который можно использовать в качестве энергии ветра.Солнце нагревает разные места на Земле в разной степени. Воздух, который становится теплым, поднимается вверх, а затем всасывает более прохладный воздух в это место. Движение воздуха от одного места к другому по земле создает ветер. Поскольку ветер движется, он обладает кинетической энергией.
Использование энергии ветра
Рис. 29. Ветряные турбины, подобные показанным здесь, превращают ветер в электричество, не создавая загрязнения.
Ветер — это источник энергии для ветроэнергетики. Ветер веками использовался в качестве источника энергии.Например, ветряные мельницы использовались для измельчения зерна и перекачивания воды. Парусные корабли передвигались с помощью энергии ветра задолго до того, как корабли начали работать на ископаемом топливе. Ветер можно использовать для выработки электричества, поскольку движущийся воздух вращает турбину для производства электричества (рисунок 29). Эта анимация показывает, как работает энергия ветра.
Последствия ветроэнергетики
У энергии ветра много преимуществ. Он не горит, поэтому не выделяет загрязнения или углекислый газ. Кроме того, во многих местах дует сильный ветер. Однако ветер дует не все время, хотя энергия требуется постоянно.Как и в случае с солнечной энергией, инженеры работают над технологиями, которые могут хранить энергию ветра для дальнейшего использования.
Ветряки дорогие и быстро изнашиваются. Для обеспечения энергией региона необходимо много ветряных мельниц, поэтому жители близлежащих районов могут жаловаться на потерю прекрасного вида, если будет построена ветряная электростанция. На побережье обычно дует сильный ветер, но ветряные электростанции, построенные рядом с пляжами, могут причинить неудобства местным жителям и туристам.
Проект Cape Wind на мысе Кейп-Код был одобрен, но вызывает много споров.Противники выступают за зеленую энергию, но не в этом месте. Сторонники говорят, что необходима чистая энергия, и что проект будет поставлять 75% электроэнергии, необходимой для Кейп-Код и близлежащих островов (рисунок 30).
Рис. 30. Мыс Винд у мыса Код в Массачусетсе получает сильный ветер (красный цвет), но также популярен среди туристов своей красотой.
California была одним из первых производителей энергии ветра. Ветряные мельницы находятся на горных перевалах, через которые более прохладный воздух Тихого океана всасывается на пути к более теплым внутренним долинам.Большие поля ветряных мельниц можно увидеть на перевале Альтамонт в восточной части залива Сан-Франциско, на перевале Сан-Горгонио к востоку от Лос-Анджелеса и на перевале Техачапи в южной части долины Сан-Хоакин.
Геотермальная энергия
Геотермальная энергия поступает из тепла глубоко под поверхностью Земли. Ничего нельзя делать с геотермальной энергией. Это ресурс, который можно использовать без обработки.
Геотермальная энергия
Тепло, используемое для производства геотермальной энергии, может естественным образом выходить на поверхность в виде горячих источников или гейзеров, таких как Гейзеры в северной Калифорнии.Если вода не выходит на поверхность естественным образом, инженеры могут закачать холодную воду в землю. Вода нагревается горячим камнем, а затем перекачивается на поверхность для использования. Горячая вода или пар из геотермальной скважины вращает турбину для производства электричества.
Геотермальная энергия чистая и безопасная. Источник энергии является возобновляемым, поскольку горячая порода находится повсюду на Земле, хотя во многих частях мира горячая порода находится недостаточно близко к поверхности для строительства геотермальных электростанций.В некоторых районах широко распространена геотермальная энергия (рисунок 31).
Рисунок 31. Геотермальная энергетическая установка в Исландии. Исландия получает около четверти своей электроэнергии из геотермальных источников.
В Соединенных Штатах Калифорния является лидером по производству геотермальной энергии. Самая большая геотермальная электростанция в штате находится в зоне геотермальных ресурсов Гейзеры в графствах Напа и Сонома, к северу от Сан-Франциско. Считается, что источником тепла является большой магматический очаг, лежащий под этой областью.
KQED: Геотермальный нагрев. Там, где внутреннее тепло Земли приближается к поверхности, геотермальная энергия является чистым источником энергии. В Калифорнии Гейзеры снабжают энергией многие близлежащие дома и предприятия.
Биомасса
Рис. 32. Биотопливо, такое как этанол, добавляется к бензину, чтобы сократить количество используемого ископаемого топлива.
Биомасса — это материал, полученный из недавно живших растений и животных.Биомассу можно сжигать напрямую, например, поджигая дрова. С тех пор, как у людей был огонь, люди использовали биомассу для обогрева и приготовления пищи. Люди также могут перерабатывать биомассу для производства топлива, называемого биотопливом . Биотопливо можно создать из сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза или водоросли, и переработать для использования в автомобиле (рис. 32). Преимущество биотоплива в том, что оно сжигается более чисто, чем ископаемое топливо. В результате они создают меньше загрязнения и меньше углекислого газа. Однако критики говорят, что количество энергии, удобрений и земли, необходимых для выращивания используемых культур, делает биотопливо лишь немного лучшей альтернативой ископаемым видам топлива.
- KQED: Насколько экологична энергия биомассы? Органический материал, например скорлупу миндаля, можно превратить в электричество. Энергия биомассы — это широкое использование отходов, и она более надежна, чем другие возобновляемые источники энергии, но для получения энергии биомассы используется энергия, а заводы по производству биомассы производят загрязняющие вещества, включая парниковые газы.
- KQED: От отходов к ваттам: биотопливо Bonanza. Коровий навоз может иметь вторую жизнь как источник метана, который можно преобразовать в электричество. Мало того, что пищевые отходы также могут быть преобразованы в зеленую энергию.
- KQED: Биотопливо: помимо этанола. Чтобы генерировать энергию биомассы, разрушьте клеточные стенки растений, чтобы высвободить сахара, а затем ферментируйте эти сахара для создания топлива. Кукуруза — очень неэффективный источник; ученые ищут гораздо лучшие источники энергии биомассы.
- Algae Power. Многие думают, что лучший источник энергии биомассы будущего — это водоросли. По сравнению с кукурузой, водоросли не являются пищевой культурой, они могут расти во многих местах, их гораздо легче превратить в пригодное для использования топливо, и они имеют нейтральный углерод.
- Включите питание с остатками. Выброшенная пища производит метан, мощный парниковый газ. Но метан из остатков можно использовать в качестве топлива. Похоже на беспроигрышную ситуацию.
Краткое содержание урока
- Согласно закону сохранения энергии, энергия не создается и не уничтожается.
- Возобновляемые ресурсы могут быть заменены по мере их использования.
- Невозобновляемые ресурсы доступны в ограниченном количестве или используются быстрее, чем их можно заменить.
- Ископаемые виды топлива — это невозобновляемые источники энергии, наносящие ущерб окружающей среде.
- Уголь, нефть и природный газ — это ископаемое топливо, образующееся из останков живых организмов.
- Уголь — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии.
- Нефть и природный газ являются важными источниками энергии для транспортных средств и производства электроэнергии.
- Ядерная энергия производится расщеплением атомов. Он также производит радиоактивные отходы, которые очень опасны в течение многих лет.
- Солнечная энергия, энергия воды, энергия ветра, геотермальная энергия и энергия биомассы являются возобновляемыми источниками энергии.
- Солнечная энергия может использоваться либо путем пассивного накопления и удержания солнечного тепла, преобразования его в электричество или его концентрации.
- Есть много способов использовать энергию движущейся воды, включая плотины гидроэлектростанций, приливные и волновые установки.
- Энергия ветра использует энергию движущегося воздуха для вращения турбин.
- Геотермальная энергия использует тепло из недр земли для обогрева домов или производства пара, который вращает турбины.
- Энергия биомассы использует возобновляемые материалы, такие как древесина или зерно, для производства энергии.
Вопросы для размышления
- Какие навыки помогает вам развить этот контент?
- Какие ключевые темы освещаются в этом материале?
- Как содержание этого раздела может помочь вам продемонстрировать владение определенным навыком?
- Какие вопросы у вас есть по поводу этого содержания?
Возобновляемые ресурсы | Национальное географическое общество
Когда дело доходит до энергоресурсов, всегда возникает вопрос устойчивости.Важно, чтобы ресурсы обеспечивали достаточно энергии для удовлетворения наших потребностей — для обогрева наших домов, электроснабжения наших городов и запуска наших автомобилей. Однако также важно учитывать, как эти ресурсы можно использовать в долгосрочной перспективе. Некоторые ресурсы практически никогда не закончатся. Они известны как возобновляемые ресурсы. Возобновляемые ресурсы также производят чистую энергию, что означает меньшее загрязнение и выбросы парниковых газов, которые способствуют изменению климата.
Источники энергии в Соединенных Штатах со временем эволюционировали: от использования древесины до девятнадцатого века до более позднего освоения невозобновляемых ресурсов, таких как ископаемое топливо, нефть и уголь, которые до сих пор остаются доминирующими источниками энергии.Но запас этих ресурсов на Земле ограничен. В последнее время стало расти использование возобновляемых ресурсов. По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2017 году 11 процентов энергопотребления в США приходилось на возобновляемые источники.
Есть некоторые проблемы, связанные с использованием возобновляемых ресурсов. Например, возобновляемая энергия может быть менее надежной, чем невозобновляемая энергия, с сезонными или даже ежедневными изменениями в количестве производимой энергии. Однако ученые постоянно обращаются к этим проблемам, работая над улучшением осуществимости и надежности возобновляемых ресурсов.
Возобновляемые ресурсы включают энергию биомассы (например, этанол), гидроэнергетику, геотермальную энергию, энергию ветра и солнечную энергию.
Биомасса — это органический материал растений или животных. Сюда входят древесина, сточные воды и этанол (который поступает из кукурузы или других растений). Биомассу можно использовать в качестве источника энергии, потому что этот органический материал поглотил энергию Солнца. Эта энергия, в свою очередь, выделяется в виде тепловой энергии при сгорании.
Гидроэнергетика — один из старейших возобновляемых источников энергии, который использовался тысячи лет.Сегодня каждый штат США использует определенное количество гидроэлектроэнергии. В гидроэнергетике механическая энергия проточной воды используется для выработки электроэнергии. Гидроэлектростанции используют поток рек и ручьев, чтобы вращать турбину для питания генератора, высвобождая электричество.
Геотермальная энергия поступает из тепла, вырабатываемого глубоко внутри ядра Земли. Геотермальные резервуары можно найти на границах тектонических плит вблизи вулканической активности или глубоко под землей. Геотермальную энергию можно использовать путем бурения скважин для перекачки горячей воды или пара на электростанцию.Эта энергия затем используется для отопления и электричества.
Энергия ветра генерирует электричество за счет вращения ветряных турбин. Ветер толкает лопасти турбины, и генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Это электричество может поставлять электроэнергию в дома и другие здания, а также может храниться в электросети.
Излучение Солнца также может использоваться в качестве источника энергии. Фотоэлектрические элементы можно использовать для преобразования этой солнечной энергии в электричество.По отдельности эти элементы генерируют достаточно энергии только для питания калькулятора, но в сочетании для создания солнечных панелей или даже более крупных массивов они обеспечивают гораздо больше электроэнергии.
Поиск правильного метода использования возобновляемых ресурсов — задача, которая становится все более важной, поскольку запасы невозобновляемых ресурсов на Земле продолжают сокращаться. Переход на возобновляемые источники энергии не только лучше поддержит быстро растущее население мира, но и обеспечит более чистую и здоровую окружающую среду для будущих поколений.
Возобновляемая энергия, факты и информация
В любой дискуссии об изменении климата возобновляемая энергия обычно возглавляет список изменений, которые мир может осуществить, чтобы предотвратить наихудшие последствия повышения температуры. Это потому, что возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, не выделяют углекислый газ и другие парниковые газы, которые способствуют глобальному потеплению.
Чистая энергия может рекомендовать гораздо больше, чем просто «зеленая» энергия. Растущий сектор создает рабочие места, делает электрические сети более устойчивыми, расширяет доступ к энергии в развивающихся странах и помогает снизить счета за электроэнергию.Все эти факторы способствовали возрождению возобновляемых источников энергии в последние годы, когда ветер и солнце устанавливают новые рекорды для производства электроэнергии.
В течение последних 150 лет или около того люди в значительной степени полагались на уголь, нефть и другие ископаемые виды топлива для питания всего, от лампочек до автомобилей и заводов. Ископаемое топливо присутствует практически во всем, что мы делаем, и в результате выбросы парниковых газов при сжигании этого топлива достигли исторически высоких уровней.
Поскольку парниковые газы улавливают в атмосфере тепло, которое в противном случае могло бы уйти в космос, средняя температура на поверхности растет.Глобальное потепление является одним из симптомов изменения климата, этим термином ученые теперь предпочитают описывать сложные сдвиги, влияющие на погодные и климатические системы нашей планеты. Изменение климата включает не только повышение средних температур, но и экстремальные погодные явления, изменение популяций и мест обитания диких животных, повышение уровня моря и ряд других воздействий.
Конечно, возобновляемые источники энергии, как и любой другой источник энергии, имеют свои собственные компромиссы и связанные с ними дискуссии. Один из них посвящен определению возобновляемой энергии.Строго говоря, возобновляемые источники энергии — это именно то, что вы могли подумать: они доступны постоянно или, по выражению Управления энергетической информации США, «практически неисчерпаемы». Но «возобновляемый» не обязательно означает устойчивый, как часто спорят противники кукурузного этанола или крупных гидроэлектростанций. Он также не охватывает другие ресурсы с низким или нулевым уровнем выбросов, у которых есть свои сторонники, включая энергоэффективность и ядерную энергетику.
Смотрите все наши видео о возобновляемых источниках энергии здесь. Типы возобновляемых источников энергииГидроэнергетика: На протяжении веков люди использовали энергию речных течений, используя плотины для регулирования потока воды. Гидроэнергетика на сегодняшний день является крупнейшим источником возобновляемой энергии в мире, при этом ведущими производителями гидроэнергии являются Китай, Бразилия, Канада, США и Россия. Хотя гидроэнергетика теоретически является чистым источником энергии, восполняемым за счет дождя и снега, у нее также есть несколько недостатков.
Крупные плотины могут разрушить речные экосистемы и окружающие сообщества, нанося вред дикой природе и вытесняя жителей.Производство гидроэлектроэнергии уязвимо для накопления ила, который может снизить производительность и повредить оборудование. Засуха также может вызвать проблемы. Согласно исследованию 2018 года, в западной части США выбросы углекислого газа за 15-летний период были на 100 мегатонн выше, чем обычно, поскольку коммунальные предприятия обратились к углю и газу для замены гидроэнергетики, потерянной из-за засухи. Даже гидроэнергетика, работающая на полную мощность, несет свои собственные проблемы с выбросами, поскольку разлагающийся органический материал в водохранилищах выделяет метан.
Плотины — не единственный способ использовать воду в качестве источника энергии: проекты по приливной и волновой энергии по всему миру стремятся запечатлеть естественные ритмы океана.В настоящее время проекты морской энергетики вырабатывают около 500 мегаватт электроэнергии — менее одного процента всех возобновляемых источников энергии, — но потенциал намного больше. Такие программы, как премия Шотландии Saltire Prize, поощряют инновации в этой области.
ЧАСЫ: Эти ветряные турбины, более высокие, чем Статуя Свободы, путешествовали по морю.
Ветер: Использование ветра в качестве источника энергии началось более 7000 лет назад.В настоящее время ветряные турбины, вырабатывающие электричество, распространяются по всему миру, а Китай, США и Германия являются ведущими производителями энергии ветра. С 2001 по 2017 год совокупная ветровая мощность во всем мире увеличилась до более чем 539 000 мегаватт с 23 900 мВт — более чем в 22 раза.
Некоторые люди могут возражать против того, как ветряные турбины выглядят на горизонте и как они звучат, но энергия ветра, цены на которую снижаются, оказывается слишком ценным ресурсом, чтобы отрицать это. В то время как большая часть энергии ветра поступает от береговых турбин, появляются и морские проекты, большая часть которых приходится на США.К. и Германия. Первая в США оффшорная ветряная электростанция открылась в 2016 году в Род-Айленде, и другие оффшорные проекты набирают обороты. Еще одна проблема с ветряными турбинами заключается в том, что они представляют опасность для птиц и летучих мышей, ежегодно убивая сотни тысяч человек, не столько из-за столкновений со стеклами и других угроз, таких как потеря среды обитания и инвазивные виды, но достаточно, чтобы инженеры работали над решениями, чтобы сделать они безопаснее для летающих диких животных.
Солнечная энергия: Солнечная энергия меняет энергетические рынки по всему миру, от крыш домов до крупных ферм.За десятилетие с 2007 по 2017 год общая установленная в мире мощность фотоэлектрических панелей увеличилась на колоссальные 4300 процентов.
В дополнение к солнечным панелям, которые преобразуют солнечный свет в электричество, в электростанциях, концентрирующих солнечную энергию (CSP), используются зеркала, которые концентрируют солнечное тепло, получая вместо этого тепловую энергию. Китай, Япония и США лидируют в преобразовании солнечной энергии, но солнечной энергии еще предстоит пройти долгий путь, на нее приходится около двух процентов от общего объема электроэнергии, вырабатываемой в США.S. в 2017 г. Солнечная тепловая энергия также используется во всем мире для горячего водоснабжения, отопления и охлаждения.
Что такое солнечные элементы и как они работают? Узнайте больше о солнечной энергии — и узнайте, как этот возобновляемый ресурс превращает энергию солнца в полезную энергию.
Биомасса: Энергия биомассы включает биотопливо, такое как этанол и биодизель, древесину и древесные отходы, биогаз со свалок и твердые бытовые отходы. Как и солнечная энергия, биомасса является гибким источником энергии, способным заправлять транспортные средства, обогревать здания и производить электричество.Но биомасса может вызвать острые проблемы.
Критики этанола на основе кукурузы, например, говорят, что он конкурирует с продовольственным рынком за кукурузу и поддерживает те же вредные методы ведения сельского хозяйства, которые привели к цветению токсичных водорослей и другим опасностям для окружающей среды. Точно так же разгорелись дебаты о том, стоит ли доставлять древесные гранулы из лесов США в Европу, чтобы их можно было сжигать для получения электроэнергии. Тем временем ученые и компании работают над способами более эффективного преобразования кукурузной соломы, осадка сточных вод и других источников биомассы в энергию, стремясь извлечь пользу из материалов, которые в противном случае пошли бы в отходы.
Геотермальная энергия: Используемая на протяжении тысячелетий в некоторых странах для приготовления пищи и обогрева геотермальная энергия извлекается из внутреннего тепла Земли. В больших масштабах подземные резервуары пара и горячей воды можно использовать через скважины, глубина которых может достигать мили или более, для выработки электроэнергии. В меньшем масштабе в некоторых зданиях есть геотермальные тепловые насосы, которые используют разницу температур в несколько футов под землей для обогрева и охлаждения. В отличие от солнечной и ветровой энергии, геотермальная энергия доступна всегда, но у нее есть побочные эффекты, которые необходимо контролировать, например запах тухлых яиц, который может сопровождать выделенный сероводород.
Мировое производство биотоплива увеличилось, главным источником которого является этанол на основе кукурузы.
Способы стимулирования использования возобновляемых источников энергииГорода, штаты и федеральные правительства по всему миру проводят политику, направленную на увеличение использования возобновляемых источников энергии. По крайней мере, 29 штатов США установили стандарты портфеля возобновляемых источников энергии — политики, которые предписывают определенный процент энергии из возобновляемых источников, более 100 городов по всему миру в настоящее время могут похвастаться как минимум 70% возобновляемой энергии, а третьи берут на себя обязательства достичь 100%.Другие стратегии, которые могут стимулировать рост возобновляемой энергии, включают ценообразование на выбросы углерода, стандарты экономии топлива и стандарты эффективности зданий. Корпорации тоже вносят свой вклад, покупая рекордное количество возобновляемой энергии в 2018 году.
Интересно, сможет ли ваш штат когда-либо быть обеспечен 100-процентным использованием возобновляемых источников энергии? Независимо от того, где вы живете, ученый Марк Джейкобсон считает, что это возможно. Это видение изложено здесь, и, хотя его анализ не обходится без критики, он подчеркивает реальность, с которой мир теперь должен считаться.Даже без изменения климата ископаемое топливо является ограниченным ресурсом, и если мы хотим, чтобы наша аренда на планете была возобновлена, наша энергия должна быть возобновляемой.
10 различных альтернативных источников энергии (солнечная, ветровая, геотермальная, биомасса, океан и другие источники энергии)
В мире существует 10 основных альтернативных источников энергии, которые используются для выработки электроэнергии. В то время как другие источники обнаруживаются постоянно, ни один из них не достиг той стадии, когда их можно было бы использовать для обеспечения силы, помогающей функционированию современной жизни.
Все эти различные источники энергии используются в основном для производства электроэнергии. Мир запускается серией электрических реакций — независимо от того, говорите ли вы о машине, которую вы ведете, или о свете, которую вы включаете. Все эти различные источники энергии добавляют к запасу электроэнергии, которая затем отправляется в разные места по линиям высокой мощности.
Виды источников энергии
Их можно разделить на возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.
Возобновляемый источник энергии
Возобновляемый источник энергии — это любой природный ресурс, который может быстро и надежно заменить его. Эти источники энергии многочисленны, устойчивы, восполняются естественным образом и не наносят вреда окружающей среде.
Основными видами или источниками возобновляемой энергии являются:
- Солнечная энергия от солнца
- Энергия ветра
- Геотермальная энергия из тепла внутри земли
- Гидроэнергетика на проточной воде
- Энергия океана в виде энергии волн, приливов, течений и тепловой энергии океана.
- Биомасса растений
Невозобновляемый источник энергии
Невозобновляемый источник энергии — это источник с ограниченным запасом, который мы можем добывать или извлекать из земли, и в конечном итоге он закончится.
Они образовались за тысячи лет из останков древних морских растений и животных, которые жили миллионы лет назад. Большинство этих источников энергии представляют собой «грязные» ископаемые виды топлива, которые, как правило, вредны для окружающей среды.
Основными видами или источниками невозобновляемой энергии являются:
- Нефть
- Сжиженные углеводородные газы
- Природный газ
- Уголь
- Атомная энергия
Различные источники энергии
Вот обзор каждого из различных источников энергии, которые используются, и каковы потенциальные проблемы для каждого из них.
1. Солнечная энергия
Первичный источник энергии — солнце.Солнечная энергия собирает энергию солнца с помощью коллекторных панелей для создания условий, которые затем можно превратить в своего рода энергию. Большие поля солнечных панелей часто используются в пустыне для сбора энергии, достаточной для зарядки небольших подстанций, а во многих домах солнечные системы используются для обеспечения горячей водой, охлаждения и дополнения своей электроэнергии.
Проблема с солнечной батареей заключается в том, что, хотя солнечного света достаточно, только определенные географические регионы мира получают достаточное количество прямой энергии солнца на достаточно долгое время для выработки полезной энергии из этого источника.
Его доступность также зависит от смены времен года и погоды, когда они не всегда могут быть использованы. Для продуктивного использования требуются высокие начальные инвестиции, поскольку технология хранения солнечной энергии еще не достигла своего оптимального потенциала.
2. Ветровая энергия
Энергия ветра становится все более распространенной. Новые инновации, которые позволяют появляться ветряным электростанциям, делают их более распространенным явлением. Используя большие турбины, которые используют имеющийся ветер в качестве энергии для вращения, турбина может затем вращать генератор для производства электроэнергии.
Это требует больших вложений, и скорость ветра также не всегда одинакова, что влияет на выработку электроэнергии. Хотя многим это казалось идеальным решением, в реальности ветряные электростанции начинают обнаруживать непредвиденные экологические последствия, которые могут не сделать их идеальным выбором.
3. Геотермальная энергия
Источник: CanvaГеотермальная энергия — это энергия, производимая из-под земли. Он чистый, экологичный и экологически чистый. В земной коре из-за медленной задержки радиоактивных частиц постоянно возникают высокие температуры.Горячие камни, находящиеся под землей, нагревают воду, которая производит пар. Затем пар улавливается, что помогает двигать турбины. Затем вращающиеся турбины приводят в действие генераторы.
Геотермальная энергия может использоваться в жилых помещениях или в промышленных масштабах. В древние времена его использовали для купания и обогрева помещений. Геотермальные установки обычно имеют низкие выбросы, если они закачивают пар и воду, которые они используют, обратно в резервуар.
Самым большим недостатком геотермальной энергии является то, что ее можно производить только на отдельных участках по всему миру.Самая большая группа геотермальных электростанций в мире расположена на геотермальном поле Гейзеры в Калифорнии, США.
Другой недостаток заключается в том, что там, где нет подземных резервуаров, создание геотермальных электростанций может увеличить риск землетрясения в районах, которые уже считаются геологическими горячими точками.
4. Водородная энергия
Водород доступен вместе с водой (h3O) и является наиболее распространенным элементом на Земле. Вода содержит две трети водорода и может быть найдена в сочетании с другими элементами.
После отделения его можно использовать в качестве топлива для выработки электроэнергии. Водород является огромным источником энергии и может использоваться в качестве источника топлива для кораблей, транспортных средств, домов, промышленных предприятий и ракет. Он полностью возобновляем, может производиться по запросу и не оставляет токсичных выбросов в атмосферу.
5. Приливная энергия
Источник: CanvaПриливная энергия использует приливы и отливы для преобразования кинетической энергии приходящих и исходящих приливов в электрическую.Производство энергии с помощью приливной энергии наиболее распространено в прибрежных районах. Приливная энергия является одним из возобновляемых источников энергии и производит большое количество энергии, даже когда приливы идут с небольшой скоростью.
Когда уровень воды в океане увеличивается, возникают приливы, которые несутся в океане взад и вперед. Чтобы получить достаточную мощность от потенциала приливной энергии, высота прилива должна быть как минимум на пять метров (около 16 футов) выше, чем при отливе.
Огромные инвестиции и ограниченная доступность участков — это лишь некоторые из недостатков приливной энергии. Высокое гражданское строительство и высокие тарифы на закупку электроэнергии делают капитальные затраты на электростанции с приливной энергией очень высокими.
6. Волновая энергия
Источник: CanvaЭнергия волн создается за счет волн, порождаемых океанами. Поскольку океан управляется гравитацией луны, использование ее силы становится привлекательным вариантом. Были изучены различные методы преобразования энергии волн в электроэнергию с использованием плотиноподобных конструкций или устройств, закрепленных на дне океана, на поверхности воды или чуть ниже нее.
Энергия волн является возобновляемой, экологически чистой и не наносит вреда атмосфере. Его можно использовать в прибрежных регионах многих стран, и он может помочь стране уменьшить свою зависимость от зарубежных стран в плане топлива.
Производство волновой энергии может нанести ущерб морской экосистеме, а также может быть источником беспокойства для частных и коммерческих судов. Он сильно зависит от длины волны, а также может быть источником визуального и шумового загрязнения. Эта энергия также менее интенсивна по сравнению с тем, что доступно в более северных и южных широтах.
7. Гидроэнергетика
Источник: Canva. Многие люди не знают, что большинство крупных и малых городов мира полагаются на гидроэнергетику в прошлом веке. Каждый раз, когда вы видите крупную плотину, она дает электроэнергию где-то на электростанции. Сила воды используется для включения генераторов для производства электричества, которое затем используется. Он не загрязняет окружающую среду, не влечет за собой отходов и выделяет токсичные газы.
Проблемы, с которыми сейчас сталкивается гидроэнергетика, связаны со старением плотин.Многие из них нуждаются в серьезных реставрационных работах, чтобы оставаться функциональными и безопасными, а это стоит огромных денег. Утечка питьевой воды в мире также вызывает проблемы, поскольку поселкам может потребоваться питьевая вода, которая обеспечивает их электроэнергией.
8. Энергия биомассы
Источник: CanvaЭнергия биомассы производится из органических материалов и широко используется во всем мире. Хлорофилл, присутствующий в растениях, улавливает солнечную энергию, превращая углекислый газ из воздуха и воды из земли в углеводы в процессе фотосинтеза.Когда растения сжигаются, вода и углекислый газ снова выбрасываются обратно в атмосферу.
Биомасса обычно включает зерновые культуры, растения, деревья, обрезки дворов, древесную стружку и отходы животноводства. Энергия биомассы используется для отопления и приготовления пищи в домах, а также в качестве топлива в промышленном производстве.
Однако сбор топлива был тяжелым. Этот вид энергии производит большое количество углекислого газа в атмосферу. В отсутствие достаточной вентиляции при приготовлении пищи в помещении топливо, такое как навоз, вызывает загрязнение воздуха, что представляет серьезную опасность для здоровья.Более того, неустойчивое и неэффективное использование биомассы приводит к уничтожению растительности и, следовательно, к деградации окружающей среды.
9. Ядерная энергия
Источник: Canva. Хотя ядерная энергетика остается предметом споров о том, насколько безопасно ее использовать и действительно ли она энергоэффективна, если принять во внимание отходы, которые она производит, факт остается фактом. возобновляемые источники энергии, доступные в мире.
Энергия создается посредством определенной ядерной реакции, которая затем собирается и используется в генераторах.Хотя почти в каждой стране есть ядерные генераторы, существуют моратории на их использование или строительство, поскольку ученые пытаются решить проблемы безопасности и утилизации отходов.
Ядерная энергия производится из урана, невозобновляемого источника энергии, атомы которого расщепляются (посредством процесса, называемого ядерным делением) для получения тепла и, в конечном итоге, электричества. Ученые считают, что уран был создан миллиарды лет назад, когда образовались звезды. Уран находится повсюду в земной коре, но добывать его и перерабатывать в топливо для атомных электростанций слишком сложно или слишком дорого.
В будущем ядерная энергетика будет использовать реакторы на быстрых нейтронах, не только за счет использования примерно в 60 раз больше энергии урана, но и за счет открытия возможности использования тория, который является более распространенным элементом, в качестве топлива. Теперь около 1,5 миллиона тонн обедненного урана, считающегося не более чем отходами, становятся топливным ресурсом.
Фактически, в процессе работы они будут «обновлять» свой собственный топливный ресурс. Возможный результат состоит в том, что ресурс топлива, доступный для реакторов на быстрых нейтронах, настолько велик, что значительное истощение источника топлива практически невозможно.
10. Ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ)
Источник: CanvaКогда большинство людей говорят о различных источниках энергии, в качестве возможных вариантов они называют природный газ, уголь и нефть — все они считаются лишь одним источником энергии из ископаемого топлива. Ископаемое топливо является источником энергии для большей части мира, в основном с использованием угля и нефти.
Нефть перерабатывается во многие продукты, наиболее используемым из которых является бензин. Природный газ становится все более распространенным, но используется в основном для отопления, хотя на улицах появляется все больше и больше автомобилей, работающих на природном газе.
Проблема с ископаемым топливом двоякая. Чтобы получить ископаемое топливо и преобразовать его для использования, должно произойти сильное разрушение и загрязнение окружающей среды. Запасы ископаемого топлива также ограничены, ожидается, что их хватит еще на 100 лет с учетом базового уровня потребления.
Нелегко определить, какой из этих источников энергии лучше всего использовать. У всех есть свои плюсы и минусы. Хотя сторонники каждого типа власти рекламируют свою как лучшую, правда в том, что все они ошибочны.Что должно произойти, так это согласованные усилия, чтобы изменить то, как мы потребляем энергию, и создать баланс между тем, из каких из этих источников мы черпаем.