Альтернативні джерела енергії: все що потрібно знати про трендовий вектор розвитку в енергетиці

Екологічна обстановка на планеті погіршується з кожним днем, а запаси нафти і газу щодня зменшуються. Що ж буде з людством, коли вони повністю вичерпаються? І чи не трапиться катастрофи раніше-від парникового ефекту, танення льодовиків або аварій на атомних станціях? Щоб не задаватися цими питаннями, щоб забезпечити гідне життя наступним поколінням, вже сьогодні передові держави і відповідальні компанії активно розвивають альтернативну енергетику. Що це таке, в чому виражається, які плюси і мінуси несе з собою і як існує сьогодні, редакція https://worldbank.org.ua розповість у своєму свіжому огляді.

Альтернативні джерела енергії-це ... коротка довідка

Альтернативна енергія — енергія, що отримується з таких стійких джерел, як вода, сонячне світло, вітер, припливи-відливи та ін. її головна відмінність від викопного палива (вугілля, нафти, природного газу, уранової руди) в тому, що дані джерела поновлювані — вони ніколи не виснажуються. звідси виходить основна причина переходу на «зелену» енергію — коли традиційні енергоносії будуть вичерпані, вона забезпечить людство життєво необхідною електрикою. Ще один величезний плюс поновлюваних джерел-їх безпеку для людини і навколишнього середовища, практично повна відсутність «побічних ефектів».

Головні причини переходу на альтернативну енергетику

Можна виділити відразу кілька підстав для звернення людства до "зеленої" енергії:

1. Глобально-екологічні. традиційні джерела енергії (включаючи ядерні і термоядерні) надають згубний вплив на планету, що може привести до глобальної катастрофи протягом лічених десятиліть.
2. Економічні. ціна на альтернативну енергію вже сьогодні нижче вартості традиційної. Та ж тенденція спостерігається і по частині окупності обладнання.
3. Політичні. та держава, яка першою на планеті повністю перейде на альтернативну енергетику, заслужить світову першість і право диктувати ціни в даному сегменті.
4. Соціальні.  оскільки чисельність і щільність населення з кожним роком збільшується, стає все важче знайти ділянки для будівництва ГРЕС і АЕС, де це було б рентабельним і безпечним.

Не потрібно забувати і про еволюційно-історичної причини — розвиток традиційної енергетики з цього кута виявляється тупиковим.

Які альтернативні джерела енергії бувають: 9 видів

Розберемо найпопулярніші різновиди альтернативної енергетики на 2022 рік.

Сонячна енергетика

Зірка-червоний карлик Сонце-головне джерело енергії для всього живого на Землі:

• Щороку планета отримує 173 ПВт (173 млн ГВт) солярної енергії;
• Отримана енергія в 10 000 разів перевищує глобальні потреби в ній.

Перетворювати сонячне світло в електроенергію можливо за допомогою фотоелектричних модулів через роботу напівпровідників — головним чином, кремнієвих. Така сонячні батареї встановлюють як на дахах, так і на більш великих територіях. Необов'язково, щоб весь час світило сонце — колектори справно виробляють електрику в похмуру погоду, в дощ і сніг.

Солярні батареї використовуються для трьох головних цілей:

1. Опалення будинку.
2. Нагрівання води.
3. Кондиціонування повітря.

Чим далі від екватора, тим більше кут, під яким встановлюється колектор — для кращої ефективності.

Енергія вітру

Використання потоків повітря як джерел енергії — давня традиція. споконвіку вітряні млини:

• Застосовувалися для помелу борошна;
• Використовувалися на лісопильних роботах;
• Служили водопідйомними і насосними станціями.

Сьогодні ж людство перейшло до вітрогенераторів, здатним перетворювати кінетичну енергію сильних вітрів спершу в механічну енергію роторів, а вже потім — в електроенергію. На 2022 вітроенергетику вважають одним із найперспективніших напрямків альтернативної енергетики. Тільки за минуле двадцятиріччя її потужності зросли з 7,5 ГВт до 564 ГВт.

Енергія води

Вода — ще одне древнє джерело відновлюваної енергії. Ще в епоху фараонського Єгипту і могутнього Риму силу Н2О використовували, щоб привести в рух млини та інші машини. Застосування водяних млинів успадкували і середні століття, коли ці прості і надійні пристосування забезпечували роботу целюлозно-паперових фабрик, лісопилок.

У сучасності людство перейшло до вражаючим ГЕС (гідроелектростанцій), здатним генерувати електрику в більш вражаючих масштабах.

Енергія припливів і відливів

Неперевершена краса припливів і відливів може виявитися і дуже корисною, так як дозволяє отримувати електроенергію. Ці природні процеси змушують обертатися генератор, який і виробляє електрику. Іншими словами, використовується гідродинамічна енергія-різниця температур + перепад тиску. В даний момент джерело знаходиться в активній розробці, проте вже відомо, що одне лише європейське узбережжя здатне генерувати 280 ТВт·год / рік такої альтернативної енергії (що становить 50% від споживання електрики тією ж Німеччиною).

Геотермальна енергія

Тепло «серця» землі також здатне подарувати людям електрику, адже підземні озера і верхні шари поверхні нагріваються саме за допомогою геотермальної енергії. З економічної точки зору це дуже вигідне джерело, так як він вимагає лише розробку невеликих свердловин. Видобуток геотермальної енергії широко поширена в регіонах, де гарячі джерела максимально наближені до верхніх шарів грунту.

Біоенергетика

Звання самого універсального альтернативного джерела по праву належить енергії біомаси — відходів як рослинного, так і тваринного походження. Людство навчилося витягувати електрику і тепло, використовувати в якості палива газоподібну, рідку і тверду біологічну масу від спирту до гною.

Енергія осмотичної дифузії

Один з недавно відкритих, проте цілком собі перспективних джерел відновлюваної енергії: осмотичні електричні станції будують в гирлах річок з метою вилучення енергії з ентропії рідин під час взаємодії прісної і солоної води. Справа в тому, що коли сольова концентрація вирівнюється, заявляє про себе надлишковий тиск — воно-то і приводить в обертання лопаті турбін. Так як напрямок Новий, осмотична станція сьогодні одна на всю планету — знаходиться в Норвегії.

Гравітаційна енергетика

Як видобувається електроенергія в даному випадку? Потенційна енергія гравітаційного поля Землі перетворюється в електрику. Сьогодні розробка знаходиться в стадії проектування: гравітаційна електростанція буде представляти із себе щось, що нагадує підйомний кран зі стрілами. Коли опускаються блоки, Двигуни приводяться в дію. А коли в мережі накопичується енергія, здійснюється підйом блоків.

Градієнт-температурна (гідротермальна) енергія

Енергія виробляється за рахунок різниці температур: спосіб поки що не найпоширеніший, але вже залучає помірною собівартістю. Існуючі градієнт-температурні станції знаходяться на морських узбережжях: як відомо, Світовий океан поглинає близько 70% солярної енергії, що дістається Землі. Що все це означає?

Перепад температур між шарами холодної і нагрітої води являє собою величезний і абсолютно невичерпне джерело електроенергії, що оцінюється в 20-40 тисяч ТВт (практично може бути використано 4 ТВт).

... і ще 10 маловідомих альтернативних джерел енергії 

Крім всім відомих вітряків і сонячних панелей, люди навчилися витягувати енергію, здається, з усього сущого:

1. Турнікети в метро і на ж/д станціях. Численні пасажири наступають на установку — виробляється енергія.
2. Розумна Тротуарна плитка. Генерує електрику з кінетичної енергії гуляють пішоходів.
3. «лежачі поліцейські», що висвітлюють вулиці. Принцип той же, тільки на рампу впливає вага проїжджаючих машин.
4. Енергія вулкана. Електрика допомагає виробляти пар, що виділяється при випаровуванні солоної води.
5. М'яч-зарядник. Досить 30 хвилин пограти Soccket в Футбол , як він буде здатний живити собою лампу у вашому будинку протягом декількох годин. 
6. Водорості. Вчені з'ясували, що 1 гектара площі водної поверхні, зайнятої водоростями, достатньо, щоб отримувати 150 000 кубометрів біогазу на рік.
7. Тепло людського тіла. Такого джерела цілком вистачить, щоб зарядити фітнес-браслет або розумні годинник .
8. Велосипед, що заряджає смартфони та планшети. Крутячи педалі Siva Cycle Atom, можна попутно зарядити свої гаджети.
9. Стічні води. Вчені вже з'ясували, як створювати на основі рідких нечистот паливні елементи.
10. Паперова енергія. Генії з Sony встановили, що виробляти енергію можна навіть з дрібно нарізаного гофрованого картону. 

... і все це-тільки початок! 

Плюси і мінуси альтернативних джерел енергії

Серед основних переваг використання " зеленої енергетики»:

1. Відновлювані ресурси. Якщо людство повністю перейде на альтернативну енергію, воно не зіткнеться з вичерпанням палива.
2. Екологічна безпека. Немає викидів в атмосферу та іншої шкоди навколишньому середовищу.
3. Доступна ціна. Залежно від кліматичних умов, особливостей ландшафту того чи іншого регіону, завжди можна підібрати економічно вигідний варіант.
4. Доступність. Джерел альтернативної енергії чимало, вони широко поширені по планеті. 
5. Зниження собівартості видобутку відновлюваної енергії в майбутньому. Сьогодні інвестування в альтернативну енергію вже називається одним з найбільш виправданих.

Але не потрібно закривати очі і на очевидні недоліки:

1. Порівняно висока ціна необхідного обладнання. Будівництво тих же вітрових і солярних електростанцій-вельми дорогий проект.
2. Залежність від кліматичних і погодних умов, географічних особливостей, часу доби. Наприклад, видобуток сонячної енергії-не надто виправдана затія для регіонів з коротким світловим днем.
3. Невисокі потужності станцій. Винятком поки можна назвати лише ГЕС, чиї показники цілком порівнянні з АЕС.

Потрібно також розуміти, що навіть «зелена» енергетика все одно робить негативний вплив на навколишнє середовище. Так, масове використання біопалива може призвести до дефіциту органічних добрив, а будівельність гребель гідроелектростанції руйнує біотопи річок. Буде виправданим окремо виділити плюси і мінуси конкретних альтернативних джерел. 

Сонячна енергія

Плюси:

• Генерація власної електрики від власної батареї;
• Зниження залежності від електричної мережі;
• Збільшення вартості Вашої нерухомості за умови наявності солярних батарей;
• Зниження цін сонячних панелей рік від року;
• Можна використовувати практично в будь — якій точці світу-наприклад, в Росії найкраще підходять самі сонячні міста Хабаровськ і Улан-Уде.

Мінуси:

• Солярні батареї можна встановити не на кожну дах-наприклад, кедрова черепиця і шифер не підходять;
• Сонячні панелі малоефективні в умовах короткого світлового дня;
• Дана енергетика повільно окупається: зниження рахунків за електрику не відразу покриє витрати на обладнання.

Гідроенергетика

Плюси:

• Надійний і стабільний джерело електрики-в резервуарах завжди зберігаються» про запас " великі обсяги води;
• Через цей факт ГЕС здатні генерувати більше енергії на вимогу-на випадок, коли інші електростанції вийдуть з ладу.

Мінуси:

• Споруда гідроелектростанції дуже затратна-Гребля, турбіни, водосховище;
• Шкода річковій системі — від проблем з якістю води до загибелі місцевої флори і фауни.

Вітроенергетика

Плюси:

• По ефективності не поступається сонячній енергетиці;
• Якщо порівнювати з піонерським 1980, вартість вітрогенераторів зменшилася на 80 %.

Мінуси: 

• Вітер складно назвати надійним джерелом енергії: так, при відсутності потужних акумуляторів в безвітряну погоду можна і зовсім залишитися без електрики;
• Установка вітряків рентабельна лише в місцевостях, де постійно дмуть сильні вітри.

Енергія припливів і відливів

Плюси: 

• Передбачуваність природного явища;
• Довгий термін служби приливних електростанцій — аж до 100 років!

Мінуси: 

• Будівництво припливних загороджень впливає і на солоність води, і на прибережний рівень океану;
• Виробництво енергії доступно не більше 10 годин на добу.

Хвильова енергетика

Плюси:

• Хвилі передбачувані, чому завжди ясно, скільки енергії буде вироблено;
• За ефективністю можна порівняти з вітроенергетикою;
• Привабливе інвестування з мінімальними експлуатаційними витратами.

Мінуси:

• Небезпека для морської, океанської флори і фауни;
• Використання тільки в містах, що є сусідами з океанами.

Біоенергетика

Плюси:

• Символічна собівартість;
• Джерела не просто поновлювані, а безмежні.

Мінуси:

• Не можна назвати повністю екологічною, так як викиди вуглекислого газу присутні;
• Порівняно низька енергоефективність.

Гідротермальна енергетика

Плюси:

• Низькі витрати на будівництво та експлуатацію;
• Висока ефективність.

Мінуси:

• Слабкий розвиток необхідних технологій;
• Дефіцит місць, придатних для будівництва станцій.

Геотермальна енергетика

Плюси:

• Найменший вплив на навколишнє середовище;
• Саме інноваційний напрямок з названих.

Мінуси:

• Великі стартові витрати: установка середнього масштабу геотермальних насосів обходиться в $ 10-20 тисяч;
• Необхідна велика розподільна мережа.

Альтернативна енергетика в країнах світу: успіхи розвитку

Перехід на відновлювані джерела енергії став своєрідним трендом серед сучасних розвинених держав. Так, згідно з Паризькою угодою, до 2030 цілий ряд країн досягне нульового відсотка викиду вуглецю в атмосферу. на даний момент ситуація розвивається наступним чином:

• Австрія . У державі повністю відмовляться від традиційних джерел енергії до 2030.
• Великобританія . Стало відомо, що 2020 рік став найбільш екологічним для королівства з часів початку промислової революції! Так, Англія 67 діб змогла обходитися без вугілля, а повністю відмовитися від невідновлюваних джерел електроенергії планує вже до 2025.
• Європейський Союз . ЄС розвиває грандіозний проект Green Deal, головна мета якого-сформувати на території Старого Світу вуглецево-нейтральний простір вже до 2030. Для цього планується скоротити обсяги викидів парникових газів на 40% і збільшити частку відновлюваних джерел енергії до 30 %. Щоб досягти цього, потрібні щорічні вкладення на суму від 260 млрд євро.
• Індія . З 2021 року держава розвиває відновлювану енергетику за рахунок популяризації сонячних батарей та вітрогенераторів.
• Іспанія . У країні активно розвивається солярна енергетика-в два рази швидше, ніж у Німеччині.
• Китай . Всього 10 років знадобилося цій країні, щоб стати визнаним лідером в поставках обладнання для альтернативної енергетики! КНР-найбільших виробник солярних батарей: 7 з 10 компаній-виробників зареєстровані тут. Китайський уряд оголосив, що Республіка стане повністю вуглецево-нейтральною до 2060.
• Росія . Як показують дослідження, країна може отримувати з усієї необхідної для її потреб енергії: 10 % — від вітрогенераторів, 15 % — від сонячних батарей. У РФ не розвинена Альтернативна енергетика через доступність таких невідновлюваних джерел, як Нафта і Газ . Проте, перші кроки вже робляться: запуск центру альтернативної енергетики в Хімках (2017), вітропарк в Мурманську (2019-2021), який планує вийти на потужність в 200 МВт.
• Саудівська Аравія . До 2030 року тут отримуватимуть 50% електричної енергії з відновлюваних джерел.
• США .  Джо Байден повернув Штати в Паризьку угоду і оголосив, що держава до 2050 буде використовувати 100% екологічну енергію. Цей же термін оголошують для себе Нова Зеландія, Південна Корея і Японія .
• Шотландія.  У 2020 році 97% електрики тут видобули з «зелених» джерел енергії — їм вдалося забезпечити 7 млн домогосподарств. Країна оголошує, що стане 100% вуглецево-нейтральною до 2030.

Як свідчить Bloomberg , серед світових лідерів з інвестування в альтернативну енергетику виділяються (в млрд): КНР - $83,6, США - $49,3, Японія - $19,3, Великобританія - $16,2 і Нідерланди - $14,3. Перераховані країни розвивають не тільки сонячну і вітрову енергетику, а й зацікавлені в таких джерелах, як біопаливо, біоенергія, використання відходів, мала гідроенергетика.

Важливо виділити і успіхи окремих міст світу в переході на альтернативну енергію. Так, згідно з відомостями CDR, 100 з 570 мегаполісів вже отримують 70 % електрики з поновлюваних джерел:

• Базель( Швейцарія ). Перше місто списку, хто повністю живе на альтернативній енергетиці: 90 % — ГЕС, 10 % — вітрогенератори.
• Берлін( Німеччина ). У мегаполісі здійснюється Еко-план Masterplan Solarcity, згідно з яким він стане кліматично нейтральним до 2050 — головним чином, за рахунок солярної енергетики.
• Берлінгтон (США). Місто на 100% екологічний — енергію дарує сонце, вітер, вода і біомаса.
• Рейк'явік (Ірландія). Вся електроенергія столиці отримана від ГЕС і геотермальних джерел. До 2040 весь місцевий транспорт працюватиме на еко-паливі.

У плані «зеленої» енергетики найбільш екологічними вважаються міста: Окленд, Найробі, Осло, Сіетл, Ванкувер, Рейк'явік, Порту, Базель, Богота.

Як найбільші компанії світу розвивають альтернативну енергетику?

Все більше і більше корпорацій стають екологічно свідомими - вони не тільки оголошують себе відповідальними за стан навколишнього середовища, а й подають приклад клієнтам і послідовникам:

• Apple . Компанія не раз оголошувала про свої амбітні плани стати 100% вуглецево-нейтральною. "Еппл" інвестує в "сонячні ферми", переводить свої офіси, точки продажів і центри обробки даних на відновлювану енергетику.
• BASF. Хімічний концерн активно вкладається в зведення вітропарків і розвиток інших поновлюваних джерел енергії.
• Facebook . Сервери соцмережі будуть живитися від сонячної енергії.
• General Motors . Компанія також переводить свої серверні центри на живлення від солярних батарей.
• IKEA . Корпорація запланувала зробити Генератори альтернативної енергії доступними для широких мас населення: так, покупцям з 14 держав в гіпермаркетах Ікея пропонується 920 000 сонячних батарей і 530 вітрогенераторів. А ДОЧІРНЄ ПІДПРИЄМСТВО шведського гіганта Ingka щорічно вкладається в проекти з будівництва сонячних станцій і вітропарків. Сума інвестицій вже перевищила $ 2,8 млрд.
• Intel . Величезна компанія живиться від сили сонця, води, вітру та біомаси. Відомо, що підрозділи «Інтел» у Сполучених Штатах та Євросоюзі використовують 100 % «зелену» електроенергію.
• Microsoft . Згідно зі звітами, Розробка ПЗ, виробництво і діяльність центрів обробки даних відбувається за рахунок 1,3 млрд.кВт·год альтернативної енергії. Також "Майкрософт" запевняє громадськість, що до 2030 зменшить викиди парникових газів на 75 %.

Гіганти встигли усвідомити, що перехід на зелену енергетику не тільки допомагає у формуванні позитивного іміджу, але і дозволяє відчутно скоротити витрати на електрику.

Книги з альтернативної енергетики: топ-10

Щоб вивчити "зелену" енергетику у всіх подробицях, можна звернути увагу на корисну наукову літературу:

1. «альтернативні енергоносії», м.в. Голіцин, А.М. Голіцин, Н. в. Проніна.
2. «Сонячна енергія та інші альтернативні джерела енергії», С.Уделл.
3. «Альтернативні джерела енергії в проектуванні будівель», П.Геворкян.
4. «нетрадиційні поновлювані джерела енергії», Л.М. Четошнікова.
5. «невичерпна енергія», в.с. Кривцов, А. М. Олейникова, А. і. Яковлєв.
6. «найдивовижніше копалина», і.А. Філіповський.
7. «енергетичні установки без палива», в.Левенберг.
8. «вічний двигун — перш і тепер», в.м. Бродянський.
9. "енергія океану", Н.В. Вершинський.
10. «що робити зі стічними водами», і.б. Палеес.

Також цікавляться темою будуть цікаві видання: «управління погодою» л.Дж. Баттана, "термоелектричні генератори" а. с. Бернштейна, "житлові будинки з автономним сонячним теплохолодопостачанням" с. Танака, р. суду Книга.

Цікаві та корисні фільми Про альтернативну енергію

Серед пізнавальних документальних роликів по темі:

• «ТОП 7 джерел енергії майбутнього " (https://www. YouTube .com/watch?v=XbFiVZgxYFo). всі виправдані альтернативи нафти, вугілля і газу — в даному відео.
• " звідки ми будемо отримувати енергію в майбутньому? / ПостНаука " (https://www.youtube.com/watch?v=_9nAQ2mQyDw). пізнавальне відео про енергетику майбутнього - від кандидата хімічних наук Олексія Тарасова, кандидата економічних наук Тетяни Ланьшиної та доктора технічних наук Олега Попеля.
• "10 альтернативних джерел енергії, про які ви не здогадувалися"»https://www.youtube.com/watch?v=YYfrj3g50Co). з ролика ви дізнаєтеся, як отримують енергію від вулканів, водоростей і кроків людини.
• «Альтернативна енергетика Тесла"»https://www.youtube.com/watch?v=tu84y83_AYg). відео розповідає, які перспективи і можливості безпаливної енергетики приховує простий трансформатор Тесла.

Також можна звернути увагу і на такі сюжети: «що не так з альтернативною енергією? / Дмитро Побединський"»https://www.youtube.com/watch?v=_JKq2S2UFu4), «Альтернативна енергетика своїми руками"»https://www.youtube.com/watch?v=24VYop0Hc5w), " приховані знання. Альтернативна енергетика"»https://www.youtube.com/watch?v=yd83ETE889g), «Альтернативна енергетика будинку насправді...»(https://www.youtube.com/watch?v=unqT3p88EFQ)

Висновок

Редакція https://worldbank.org.ua, вивчивши масу джерел, змушена визнати, що Земля вже вступила в епоху важкої екологічної та кліматичної кризи. Зупинити руйнування планети і загибель майбутніх поколінь допоможе, в тому числі, глобальний перехід на альтернативну енергетику, здатну замінити собою звичну нафту, газ і вугілля . Сонячні батареї, вітрогенератори, біопаливо з відходів — це вже звична реальність для багатьох країн. Можна назвати міста і компанії, повністю перейшли на «зелену» енергію. Але при свідомих рішеннях бізнесу і світових урядів нас чекає ще більш грандіозне майбутнє — повна відмова від традиційних джерел електроенергії.