В рамках участия в фестивале #ВместеЯрче, решили рассказать вам об использовании возобновляемых источников энергии («зеленой энергии») в жизни общества, как альтернативы невознобляемым.
Человеческая цивилизация ежегодно потребляет огромное количество энергии, так необходимой для ее социально-экономической деятельности. Специалисты из разных стран ведут постоянную работу над повышением энергоэффективности и энергосбережения оборудования. Как известно, используя невозобновляемые источники энергии (ископаемые виды топлива, которые при их добыче не восполняются), этим человечество наносит колоссальный вред природе. Например, по мнению ученых считается, что именно деятельность человека, в частности, сжигание нефти, газа и угля, приводит к парниковому эффекту и изменению климата. За последние десятилетия происходит таяние ледников, повышение уровня Мирового океана и разбалансирование природных систем. Накапливание в атмосфере газов, таких как фреон и оксид азота приводят к разрушению озонового слоя. Он начинает стремительно разрушаться и истончаться. В результате этого, резко возрастает уровень ультрафиолетового излучения, которое оказывает влияние на все живущее на планете.
Возобновляемыми источниками энергии могут выступать геотермальное тепло, ветер, солнце, биомасса, водные ресурсы.
Данные ресурсы являются неисчерпаемыми или восполняемыми естественным путем, поэтому их можно использовать без ограничений по времени. В результате явлений, которые не зависят от деятельности человека, вырабатывается огромное количество энергии. Возобновление энергии происходит благодаря цикличности процессов, протекающих в природе, что позволяет их считать неисчерпаемыми. Многие природные источники энергии человечество использует с давних пор.
Традиционно человечество использует энергию солнечного света. Уже в 1842 году
А. Беккерель открыл эффект преобразования света в электричество.
Ч. Фриттс начал использовать селен для превращения света в электричество, а в 1948 году компания Bell Laboratories заявила о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока.
Панели солнечных батарей могут размещаются не только на крышах отдельных домов, но и на крышах любого транспорта.
Гелеостанции – солнечные электростанции
Для промышленной выработки электрической энергии используют более мощные солнечные электростанции (гелеостанции).
Помимо преобразования в электрическую энергию, солнечная энергия может быть преобразована в тепловую для отопления помещений, а также использоваться для горячего водоснабжения.
Ветроэнергоустановки и ветрогенераторы
Энергия ветра достаточно давно применяется человеком в качестве источника электроэнергии. Первая ветроэнергоустановка для производства электроэнергии была сконструирована в Шотландии в 1887 году профессором Д. Блитом. Полученную электроэнергию использовали для освещения колледжа, а затем и лазарета.
Современные ветроэнергетические установки бывают не только стационарными, но и плавучими. Преимущества ветрогенераторов состоит в том, что их можно использовать для обеспечения электроэнергией в труднодоступных районах.
Гидроэлектростанции
Для воды характерно то, что сразу несколько ее свойств используются для получения энергии. Напор воды, который используется для гидроэлектростанций – является самым распространенным способом извлечения электроэнергии.
Ученые сходятся во мнении, что первый агрегат, дающий электричество для одной лишь дуговой лампочки, но созданный по типу работы гидроэлектростации, был спроектирован английским изобретателем У. Армстронгом в 1878 году.
В нашей стране первая гидроэлектростанция Березовская (Зыряновская) была построена в 1892 году на реке Березовка для обеспечения электроэнергией водоотлива из шахты. Гидроэлектростанция была четырехтурбинной и мощностью в 200 кВт.
Спроектировал гидроэлектростанцию горный инженер Николай Кокшаров. Вот как описывает первую гидроэлектростанцию, спроектированную Н. Кокшаровым чиновник
Е.П. Клевакин: «В специально построенном бревенчатом здании были поставлены четыре турбины мощностью в 50 Квт каждая, шкивами соединенные с водонапорным колесом. Полученная энергия теперь освещала производственные помещения, обеспечивая работу телефонной станции, и главное, стало возможным поставить электронасосы для откачки воды из шахт. Одновременно со строительством ГЭС Кокшаров вместе с другими инженерами проводил исследования по обогащению сульфидных руд…».
Современные гидроэлектростанции своей мощностью поражают. Только в России, по данным 2018 года, насчитывается 102 гидроэлектростанции, которые вырабатывают 17-18 % всей электроэнергии необходимой для нужд нашей страны.
Менее распространенные методы получения электроэнергии при помощи воды связаны с приливами, отливами, волнами, течениями, разницей температур на поверхности и глубине.
В прибрежных районах сооружают приливные электростанции, которые получают электрическую энергию используя такие явления, как приливы и отливы.
Для получения электричества на волновой электростанции используются постоянные волновые колебания.
Геотермальные установки
Вода в море имеет разную температуру за счет нагрева ее солнцем. В верхних слоях океана более теплая, чем на глубине, что позволяет генерировать энергию.
Для этого разрабатываются геотермальные станции. Гидротермальную установку впервые спроектировал ещё в 1881 году французский изобретатель Арсен д’Арсонваль, выдвинувший предположение о возможности использования солнечного нагрева океана для производства энергии, но лишь в 1930 году появились первые работающие гидротермальные электростанции.
Каждый грамм нагретой воды у поверхности при разнице температур в 15 градусов содержит примерно на 15 калорий больше энергии, чем глубинный слой. В каждом кубометре воды – миллион граммов, таким образом, в этом объёме содержится 15 миллионов калорий энергии или 60 миллионов джоулей. Мировой океан занимает около 70% поверхности планеты, тем самым он считается самым крупным энергетическим хранилищем.
Принцип работы океанской термальной станции цикличен. Труба большого диаметра длиной в несколько сотен метров погружается на глубину океана с целью забора воды из холодных его слоёв. Вода поднимается к поверхности, охлаждая свою часть системы циркуляции с теплой водой (с верхних слоев океана). Происходит испарение с образованием газа под давлением. Полученный газ вращает турбины генератора, вырабатывающего электроэнергию.
Геотермальные теплоэлектростанции получили большое распространение в таких районах Земли, где действуют вулканы и горячие источники. Данные электростанции используют пар, поступающий на турбину генератора.
Самая первая и простейшая электростанция в мире была создана именно по такому принципу и заработала в 1911 году в итальянском населенном пункте Лардерелло.
В нашей стране в 1966 году была построена Паужетская геотермальная станция, рядом с вулканом Камбальный. Она обеспечивала потребностью в электроэнергии жилые поселки на побережье Камчатки и рыба перерабатывающую отрасль. С тех пор в нашей стране построены достаточно много электростанций такого типа.
Использование биотоплива
Существует еще один способ получения электроэнергии при помощи биоэнергетики, когда возобновляемым источником выступает биотопливо.
К топливу в этом случае относится сырье, получаемое при переработке биологических отходов животного или растительного происхождения: этанол, метанол, биодизель и др.
Жидкое биотопливо стали использовать в давние времена. Например, на территории современного Израиля около 4500 до н.э. изготавливали масло из оливок.
Некоторые народы в качестве биотоплива до сих пор используют подкожный жир животных: сало и ворвань, а также воск, выделяемый специальными железами пчел.
С 18 века до 19 века является началом развития промышленности, что потребовало большое количество биотоплива. Для этого, в те времена, стали использовать китовый жир. Увеличение китобойного промысла привело к значительному сокращению популяции китов. С развитием химической промышленности происходил процесс преобразования биологических веществ в топливо.
Одно из ведущих мест в производстве и потреблении биотоплива занимает Бразилия, на долю которой приходится до 45% мирового объема. В 2005 году это государство произвело биотоплива около 16,5 миллиардов литров в год и экспортировало около 2,0 миллиардов литров этанола.
Во время кризиса 70-х годов прошлого века правительство Бразилии стало реализовывать программы по выпуску алкоголя для топливных целей. Программа была основана на выращивании сахарного тростника. Из одной тонны сахарного тростника делают 72 литра этанола.
Биотопливо, прежде всего, получают из сельскохозяйственных культур, насыщенных сахаром, крахмалом и имеющих высокое содержание масел. Например, используют в виде биотоплива еще такие культуры: кукурузу, сахарную свеклу, сою, зерно, посевной, рапс и др.
В качестве биотоплива используют водоросли, которые не занимают территорию суши, могут расти в любой воде, имеют быстрый рост и не требуют особого ухода.
Существует несколько видов жидкого биотоплива, полученных путем переработки растительного сырья, это: биоэтанол – этиловый спирт; биометанол – метиловый спирт; биобутанол – бутиловый спирт; диметиловый эфир – простой эфир; дизельное биотопливо – жидкое моторное топливо для дизельных двигателей, состоит из смеси эфиров жирных кислот.
Биогаз, получают в результате брожения веществ растительного и животного происхождения. Данный процесс происходит под воздействием бактерий. В результате брожения получают биогаз: биоводород и метан.
Химическая промышленность находит новые источники сырья и способы его переработки, а машиностроение создает двигатели, способные работать на биотопливе или конструктивно переоборудует агрегаты, которые уже до этого работали на бензине.
Возобновляемые источники энергии применяют передовые государства в целях устойчивого развития национальных экономик и для решения проблем по изменения климата.
Возобновляемая энергия поступает из природных источников, ресурс которых является практически неисчерпаемым и менее затратной, поэтому она наиболее перспективна в будущем.
Источники:
https://tass.ru/spec/climate
https://strangeplanet.ru/2019/11/23/сколько-энергии-нужно-человечеству-ч/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Мировое_потребление_энергии
http://energ2010.ru/Stati/Elektrostanciya/geliostanciya.html
https://studwood.ru/1651443/tehnika/pervye_vetroelektrostantsii
https://energo.house/veter/vetroenergeticheskie-ustanovki.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_батарея
https://infoglaz.ru/wp-content/uploads/Floating-wind-turbine-fukushima-lead-Копировать.jpg
https://masterok-livejournal-com.turbopages.org/s/masterok.livejournal.com/2472384.html
https://energo.house/veter/vetroenergeticheskie-ustanovki.html
https://cosmos.mirtesen.ru/blog/43328252444/Vyirabotka-energii-iz-temperaturnogo-gradienta-vodyi
https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо
https://konst-ranet.livejournal.com/
http://www.kmay.ru/sample_pers.phtml?n=1527
http://www.agriagency.com.ua/2959.html
https://alter220.ru/bio/biotoplivo.html
https://cleanbin.ru/terms/renewable-energy
https://energy.hse.ru/Wiie