Не е тайна, че ресурсите, използвани от човечеството днес, са ограничени, освен това по-нататъшното им извличане и използване може да доведе не само до енергийна, но и до екологична катастрофа. Традиционно използваните от човечеството ресурси – въглища, газ и нефт – ще се изчерпят до няколко десетилетия и трябва да се вземат мерки сега, в наше време. Разбира се, можем да се надяваме, че отново ще открием някое богато находище, както беше през първата половина на миналия век, но учените са уверени, че такива големи находища вече не съществуват. Но във всеки случай дори откриването на нови залежи само ще забави неизбежното; необходимо е да се намерят начини за производство алтернативна енергия, и преминаване към възобновяеми източници като вятър, слънце, геотермална енергия, енергия на водния поток и други, като в същото време е необходимо да продължи развитието на енергоспестяващи технологии.

В тази статия ще разгледаме няколко от най-обещаващите, според съвременните учени, идеи, върху които ще бъде изграден енергийният сектор на бъдещето.

Слънчеви станции

Хората отдавна се чудят дали е възможно слънчеви лъчите загряваха вода, сушиха дрехи и керамика, преди да ги поставят във фурната, но тези методи не могат да се нарекат ефективни. Първо технически средства, преобразуващи слънчевата енергия, се появява през 18 век. Френският учен Ж. Бюфон показа експеримент, при който успява да запали сухо дърво от разстояние около 70 метра с помощта на голямо вдлъбнато огледало при ясно време. Неговият сънародник, известният учен А. Лавоазие, използва лещи, за да концентрира енергията на слънцето, а в Англия създават двойно изпъкнало стъкло, което чрез фокусиране на слънчевите лъчи разтопява чугун само за няколко минути.

Естествените учени проведоха много експерименти, които доказаха, че слънцето е възможно на земята. Въпреки това, слънчевата батерия, която ще преобразува слънчевата енергия в механична енергия, се появява сравнително наскоро, през 1953 г. Създаден е от учени от Националната аерокосмическа агенция на САЩ. Още през 1959 г. за първи път е използвана слънчева батерия за оборудване на космически спътник.

Може би още тогава, след като са разбрали, че подобни батерии са много по-ефективни в космоса, учените са стигнали до идеята за създаване на космически слънчеви станции, защото за един час слънцето генерира толкова енергия, колкото цялото човечество не изразходва за на година, така че защо да не го използвате? Какво ще бъде слънчева енергиябъдеще?

От една страна изглежда, че използването слънчева енергияидеален вариант. Въпреки това цената на огромна космическа слънчева станция е много висока и освен това ще бъде скъпа за експлоатация. С течение на времето, когато бъдат въведени нови технологии за доставка на товари в космоса, както и нови материали, реализацията на такъв проект ще стане възможна, но засега можем да използваме само сравнително малки батерии на повърхността на планетата. Мнозина ще кажат, че това също не е лошо. Да, това е възможно в частен дом, но за да снабдявате с енергия големите градове, съответно имате нужда или от много слънчеви панели, или от технология, която ще ги направи по-ефективни.

Икономическата страна на въпроса също е налице тук: всеки бюджет ще пострада много, ако му бъде поверена задачата да преобразува цял град (или цяла държава) към слънчеви панели. Изглежда, че би било възможно да се задължат жителите на града да плащат определени суми за преоборудване, но в този случай те ще бъдат недоволни, защото ако хората бяха готови да направят такива разходи, те щяха да го направят сами отдавна: всички има възможност за закупуване на слънчева батерия.

Съществува и друг парадокс по отношение на слънчевата енергия: производствените разходи. Преобразуването на слънчевата енергия директно в електричество не е най-ефективното нещо. Досега не е намерен по-добър начин от използването на слънчевите лъчи за нагряване на вода, която, превръщайки се в пара, от своя страна върти динамо. В този случай загубата на енергия е минимална. Човечеството иска да използва "екологични" слънчеви панели и соларни станции, за да се спестят ресурси на земята обаче, такъв проект ще изисква огромно количество същите ресурси и „неекологична“ енергия. Например, наскоро във Франция беше построена слънчева електроцентрала с площ от около два квадратни километра. Стойността на строителството беше около 110 милиона евро, без да се броят оперативните разходи. С всичко това трябва да се има предвид, че експлоатационният живот на такива механизми е около 25 години.

Вятър

Вятърната енергия също се използва от хората от древни времена, повечето прост примерможе да се нарече ветроходство и вятърни мелници. Вятърните турбини се използват и днес и са особено ефективни в райони с постоянни ветрове, като крайбрежието. Учените непрекъснато предлагат идеи как да се модернизират съществуващите устройства за преобразуване на вятърна енергия, една от тях са вятърни турбини под формата на плаващи турбини. Поради постоянното въртене те могат да „висят“ във въздуха на разстояние няколкостотин метра от земята, където вятърът е силен и постоянен. Това ще помогне за електрификацията селските районикъдето е невъзможно да се използват стандартни вятърни турбини. Освен това такива плаващи турбини могат да бъдат оборудвани с интернет модули, с помощта на които хората ще имат достъп до световната мрежа.

Приливи и отливи

Бумът на слънчевата и вятърната енергия постепенно изчезва, а други природни енергии привлякоха интереса на изследователите. Използването на приливи и отливи се счита за по-обещаващо. Вече около сто компании по света работят по този въпрос и има няколко проекта, които са доказали ефективността на този метод за производство на електроенергия. Предимство пред слънчева енергияВъпросът е, че загубите при преобразуване на една енергия в друга са минимални: приливна вълна върти огромна турбина, която генерира електричество.

Проектът Oyster е идея за инсталиране на шарнирен клапан на дъното на океана, който ще изтласка водата към брега, като по този начин ще завърти обикновена водноелектрическа турбина. Само една такава инсталация може да осигури електричество на малък квартал.

Приливните вълни вече се използват успешно в Австралия: в град Пърт са инсталирани инсталации за обезсоляване, работещи с този вид енергия. Тяхната работа позволява да се осигури прясна вода на около половин милион души. Природната енергия и промишлеността също могат да бъдат комбинирани в този сектор за производство на енергия.

Използването е малко по-различно от технологиите, които сме свикнали да виждаме в речните водноелектрически централи. Водноелектрическите централи често причиняват вреда на околната среда: околните райони се наводняват и екосистемата се унищожава, но станциите, работещи на приливни вълни, са много по-безопасни в това отношение.

Човешка енергия

Един от най-фантастичните проекти в нашия списък е използването на енергията на живи хора. Звучи зашеметяващо и дори донякъде ужасяващо, но не е толкова страшно. Учените си играят с идеята как да използват механична енергиядвижения. Тези проекти са за микроелектроника и нанотехнологии с ниска консумация на енергия. Макар да звучи като утопия, реално развитие няма, но идеята е много интересна и не напуска умовете на учените. Съгласете се, устройства, които като автоматичен часовник ще се зареждат, като прокарате пръста си върху сензора или просто като закачите таблет или телефон в чантата си, докато вървите, ще бъдат много удобни. Да не говорим за дрехи, които, пълни с различни микроустройства, биха могли да преобразуват енергията на човешкото движение в електричество.

В лабораторията на Лорънс в Бъркли, например, учените са се опитали да реализират идеята за използване на вируси за натиск на електричество. Има и малки механизми, задвижвани от движение, но такава технология все още не е пусната в производство. Да, със световната енергийна криза по подобен начинне мога да се справя: колко хора ще трябва да „въртят педалите“, за да заработи цялата централа? Но като една от мерките, използвани в комплекс, теорията е доста жизнеспособна.

Такива технологии ще бъдат особено ефективни в труднодостъпни места, на полярни станции, в планините и тайгата, сред пътници и туристи, които не винаги имат възможност да заредят джаджата си, но поддържането на връзка е важно, особено ако групата е в критична ситуация. Толкова много неща биха могли да бъдат предотвратени, ако хората винаги разполагат с надеждно комуникационно устройство, което не зависи от стенния контакт.

Водородни горивни клетки

Може би всеки собственик на кола, гледайки индикатора за количеството на бензина, приближаващ нулата, си е помислил колко страхотно би било, ако колата се движи с вода. Но сега нейните атоми привлякоха вниманието на учените като истински енергийни обекти. Факт е, че частиците водород - най-често срещаният газ във Вселената - съдържат огромно количество енергия. Освен това двигателят изгаря този газ практически без странични продукти, което означава, че получаваме много екологично гориво.

Водородът захранва някои модули и совалки на МКС, но на Земята той съществува главно под формата на съединения като вода. През осемдесетте години в Русия имаше разработки на самолети, използващи водород като гориво, тези технологии дори бяха приложени на практика и експериментални моделиса доказали своята ефективност. Когато водородът се отдели, той се премества в специална горивна клетка, след което може директно да се генерира електричество. Това не е енергията на бъдещето, това вече е реалност. Подобни автомобили вече се произвеждат в доста големи количества. Компанията Honda, за да подчертае универсалността на източника на енергия и автомобила като цяло, проведе експеримент, в резултат на който автомобилът беше свързан към домашната електрическа мрежа, но не за да се презареди. Една кола може да осигури енергия частна къщаза няколко дни или да карате почти петстотин километра без зареждане.

Единственият недостатък на такъв източник на енергия е в момента- това е сравнително високата цена на такива екологични автомобили и, разбира се, доста малко количествоводородни бензиностанции, но много държави вече планират изграждането им. Например в Германия вече има план за инсталиране на сто бензиностанции до 2017 г.

Топлината на земята

Преобразуването на топлинна енергия в електричество е същността на геотермалната енергия. В някои страни, където използването на други индустрии е трудно, той се използва доста широко. Например във Филипините 27% от цялата електроенергия идва от геотермални станции, а в Исландия тази цифра е около 30%. Същността на този метод за производство на енергия е доста проста; механизмът е подобен на обикновен парен двигател. За да се стигне до предполагаемото „езеро“ от магма, е необходимо да се пробие кладенец, през който се подава вода. При контакт с гореща магма водата моментално се превръща в пара. Той се издига, където завърта механична турбина, като по този начин генерира електричество.

Бъдещето на геотермалната енергия е в намирането на големи "хранилища" на магма. Например в гореспоменатата Исландия те успяха: за част от секундата гореща магма превърна цялата инжектирана вода в пара с температура около 450 градуса по Целзий, което е абсолютен рекорд. Подобна пара високо наляганеспособен да повиши ефективността на една геотермална станция няколко пъти, това може да бъде тласък за развитието на геотермалната енергия в целия свят, особено в райони, наситени с вулкани и термални извори.

Използване на ядрени отпадъци

Ядрената енергия по едно време създаде истинска сензация. Това беше така, докато хората не осъзнаха опасността от този енергиен сектор. Аварии са възможни, никой не е имунизиран от такива случаи, но те са много редки, но радиоактивните отпадъци се появяват постоянно и доскоро учените не можеха да решат този проблем. Факт е, че урановите пръти, традиционното „гориво“ на атомните електроцентрали, могат да се използват само до 5%. След като тази малка част се изчерпи, цялата пръчка се изпраща на „депото“.

Преди това се използва технология, при която пръчките се потапят във вода, което забавя неутроните, поддържайки стабилна реакция. Сега те използват течен натрий вместо вода. Тази подмяна позволява не само да се използва целият обем уран, но и да се преработват десетки хиляди тонове радиоактивни отпадъци.

Освобождаването на планетата от отпадъци от ядрена енергия е важно, но има едно „но“ в самата технология. Уранът е ресурс и предлагането му на Земята е ограничено. Ако цялата планета се прехвърли изключително на енергия, получена от атомни електроцентрали (например в Съединените щати атомните електроцентрали произвеждат само 20% от цялата консумирана електроенергия), запасите от уран ще бъдат изчерпани доста бързо и това отново ще доведе човечеството до прага на енергийна криза, така че ядрената енергия, макар и модернизирана, е само временна мярка.

Растително гориво

Дори Хенри Форд, след като създаде своя Model T, очакваше, че той вече ще работи с биогориво. Но по това време бяха открити нови петролни находища и необходимостта от алтернативни източници на енергия изчезна за няколко десетилетия, но сега се завръща отново.

През последните петнадесет години употребата на растителни горива като етанол и биодизел се е увеличила няколко пъти. Те се използват както като независими източници на енергия, така и като добавки към бензина. Преди известно време надеждите се възлагаха на специална култура от просо, наречена „канола“. Той е напълно неподходящ за храна нито на хора, нито на добитък, но има висока производителностмаслено съдържание. От това масло започват да произвеждат „биодизел“. Но тази култура ще заеме твърде много място, ако се опитате да отгледате достатъчно от нея, за да осигурите гориво за поне част от планетата.

Сега учените говорят за използването на водорасли. Масленото им съдържание е около 50%, което ще улесни извличането на нефт, а отпадъците могат да се превърнат в торове, на базата на които да се отглеждат нови водорасли. Идеята се смята за интересна, но все още не е доказала своята жизнеспособност: успешни експерименти в тази област все още не са публикувани.

синтез

Бъдещият енергиен сектор на света, според съвременните учени, е невъзможен без технологията, в момента най-много обещаващо развитие, в който вече се инвестират милиарди долари.

B използва енергия от делене. Опасно е, защото съществува заплаха от неконтролирана реакция, която ще разруши реактора и ще доведе до изпускане на огромно количество радиоактивни вещества: може би всички си спомнят аварията при АЕЦ Чернобил.

Реакциите на синтез, както подсказва името, използват енергията, освободена, когато атомите се сливат заедно. В резултат на това, за разлика от атомното делене, не се произвеждат радиоактивни отпадъци.

Основният проблем е, че термоядреният синтез произвежда вещество, което има толкова висока температура, че може да унищожи целия реактор.

Бъдещето е реалност. И тук фантазиите в момента са неуместни, на френска територия вече е започнало изграждането на реактор. Инвестирани са няколко милиарда долара пилотен проект, който се финансира от много страни, сред които освен ЕС са Китай и Япония, САЩ, Русия и др. Първоначално първите експерименти бяха планирани да бъдат пуснати през 2016 г., но изчисленията показаха, че бюджетът е твърде малък (вместо 5 милиарда бяха необходими 19) и стартирането беше отложено с още 9 години. Може би след няколко години ще видим на какво е способна термоядрената енергия.

Проблеми на настоящето и възможности на бъдещето

Не само учените, но и писателите на научна фантастика дават много идеи за внедряване на технологията на бъдещето в енергетиката, но всички са съгласни, че досега нито един от предложените варианти не може напълно да отговори на всички нужди на нашата цивилизация. Например, ако всички автомобили в Съединените щати работят с биогориво, площ, равна на половината от цялата страна, ще трябва да бъде засадена с ниви с рапица, без да се взема предвид фактът, че в Съединените щати няма много земя, подходяща за земеделие . Освен това досега всички методи за производство на алтернативна енергия са скъпи. Може би всеки обикновен градски жител е съгласен, че е важно да се използват екологично чисти, възобновяеми ресурси, но не и когато му се казва цената на такъв преход в момента. Учените имат още много работа в тази област. Нови открития, нови материали, нови идеи – всичко това ще помогне на човечеството успешно да се справи с назряващата ресурсна криза. Планетите могат да бъдат разрешени само чрез цялостни мерки. В някои области е по-удобно да се използва вятърна енергия, в други е по-удобно да се използват слънчеви панели и т.н. Но може би основният фактор ще бъде намаляването на потреблението на енергия като цяло и създаването на енергоспестяващи технологии. Всеки човек трябва да разбере, че е отговорен за планетата и всеки трябва да си зададе въпроса: „Какъв вид енергия избирам за бъдещето?“ Преди да преминете към други ресурси, всеки трябва да разбере, че това е наистина необходимо. Само когато интегриран подходще може да реши проблема с потреблението на енергия.

За едно нормално, пълноценно съществуване на съвременния човекнеобходима е енергия. Без енергия няма да можем да топлим домовете си през зимата, няма да можем да произвеждаме много продукти и неща, без които животът ни е просто немислим. Традиционно човечеството е свикнало да получава енергия от невъзобновяеми източници, като газови или нефтени находища. Но невъзобновяемите източници се наричат ​​​​така, защото рано или късно запасите им ще бъдат изчерпани и хората ще се окажат в критична ситуация, освен ако, разбира се, не се подготвят навреме за подобно развитие на събитията, разпределяйки време и ресурси за развитието на такава важна научно-техническа индустрия като алтернативната енергия.

НАПРАВЛЕНИЯ НА НЕКОНВЕНЦИОНАЛНАТА ЕНЕРГЕТИКА

Човечеството може да използва слънчева енергия, вятърна енергия, енергия от приливи и отливи, геотермална и други нетрадиционни енергийни източници като възобновяеми енергийни източници. Всички тези енергийни източници се изследват задълбочено различни видовеалтернативна енергия.

• Слънчева енергия

Тази област на алтернативната енергия се основава на използването на слънчева енергия, чиито основни предимства са неизчерпаемостта, липсата на вредни емисии по време на производството на енергия и достъпността. И един от усложняващите фактори при прилагането му е зависимостта на количеството слънчева енергия, постъпваща в земята, от времето, времето на деня и времето на годината, което затруднява използването на слънчевата енергия в райони с ниско ниво слънчева радиация. За да се преодолее този фактор, се използват батерии.

• Геотермална енергия

Фокусът на този вид нетрадиционна енергия е топлината на земните дълбини, която се преработва в специални станции в електрическа енергияили в някои случаи се използва директно за отопление на сгради. За да се стигне до топлината в недрата на земята, най-често се налага пробиване на кладенци. Особено ефективен този методполучаване на енергия на места, където горещата вода е много близо до земната повърхност.

• Вятърна енергия

друг неизчерпаем източникенергията е вятър. Клонът на енергията, който преобразува вятърната енергия в други видове енергия, се нарича вятърна енергия. Вятърните електроцентрали се използват активно от развитите страни за получаване правилните типовеенергия. Например сега почти 10 процента необходими на ЕвропаЕнергията се получава с помощта на вятърна енергия и след петнадесет години, според експерти, енергията, използвана от европейските страни, ще бъде една четвърт от вятърната енергия.

• Енергия от биогорива

Този вид нетрадиционна енергия изучава генерирането на енергия от биологични суровини (стъбла и други части на растения, животински отпадъци и др.)

• Вълнова енергия

Тази посока на нетрадиционна енергия овладява такъв интересен възобновяем източник като енергията на вълните.

ПЕРСПЕКТИВИ ЗА НЕКОНВЕНЦИОНАЛНА ЕНЕРГЕТИКА

Всички области на нетрадиционната енергия се развиват активно в много страни. Въпреки това, в тези страни, които предоставят цялостна държавна - законодателна и икономическа - подкрепа за изследването, разработването и прилагането на алтернативни методи за генериране на енергия, резултатите са особено впечатляващи. В развитите страни делът на възобновяемите енергийни източници непрекъснато нараства, което в много случаи позволява значителни икономии традиционни видовеенергия, а в някои случаи и напълно да ги заместят.

Вече на космически станциислънчевата енергия се използва за работа на важни системи; в много страни се изграждат активно вятърни и слънчеви електроцентрали, при проектирането и изграждането на къщи първоначално се взема предвид възможността за използване на възобновяеми енергийни източници. В близко бъдеще учените планират да реализират смели, интересни научно-технически проекти, като например изграждането на слънчеви електроцентрали по екватора на земното кълбо.

Така че перспективите за развитие на нетрадиционната енергия са колосални и пълният преход към използването на възобновяеми енергийни източници ще промени нашия свят.

Алтернативната енергия е своеобразен спасителен пояс за човечеството в бъдещето. По-нататъшното развитие на нашата цивилизация зависи пряко от това колко добре владеем възобновяемите енергийни източници. Ето защо всички високоразвити страни се стремят да подкрепят изследванията в тази област, да реализират проекти, базирани на използването на слънчева, вятърна или друга възобновяема енергия, за да изоставят частично или напълно традиционните енергийни източници и да получат дългоочакваната независимост от невъзобновяемите. ресурси.

Активният преход към използването на чисти, възобновяеми видове енергия ще помогне на човечеството да промени качествено и да подобри живота на планетата.

Миналата година 500 000 слънчеви панела бяха инсталирани по целия свят всеки ден. В Китай всеки часса пуснати две вятърни турбини. Пред очите ни се случва безпрецедентна „зелена” революция, която коренно ще промени баланса на силите на енергийния пазар. Скоростта на инсталиране на слънчеви панели чупи всички рекорди. И това е само началото, защото цената на вятърните турбини и още повече слънчевите панели непрекъснато намалява.

Въз основа на последните фактологични данни за 2015 г. експертите от Международната агенция по енергетика са принудени да направят петгодишна прогноза за развитието на алтернативната енергия в света. Значително е повишена прогнозата за генерираните мощности от възобновяеми енергийни източници за следващите пет години.

„Виждаме трансформация на глобалните енергийни пазари под влиянието на възобновяемите източници“, призна Фатих Бирол, изпълнителен директор на Международната енергийна агенция. Той се съгласи, че увеличението отчасти се дължи на драстичния спад в цените на оборудването за слънчеви и вятърни централи. Цени като тези днес бяха „невъобразими“ преди пет години. Така разходите за инсталиране на вятърна електроцентрала са паднали с 30% от 2010 г. до 2015 г., а разходите за големи слънчеви електроцентрали са се утроили.

Основните източници за производство на електроенергия все още са изкопаемите горива като въглища и нефт, но напредъкът в развитието на тези архаични технологии не може да се сравни с напредъка в областта на слънчевата и вятърната енергия.

Агенцията прогнозира допълнително намаляване на цената на вятърните турбини и слънчевите електроцентрали през следващите пет години: съответно с 15% и 25%. Очевидно това е доста консервативна оценка. Напълно възможно е прогнозите да се преразгледат отново поради още по-бърз растеж на слънчевата и вятърната енергия. Докладвай Средносрочен доклад за пазара на възобновяема енергия за 2016 гпосветен на периода от 2015 до 2021 г. Прогнозата за този период е ревизирана нагоре с 13%. Според експерти инсталираната мощност за този период ще се увеличи не със 730 GW, а с 825 GW. Това се дължи на приемането на по-строго законодателство в САЩ, Китай, Индия и Мексико.

През изминалата година в света са инсталирани 153 GW енергийни мощности. Повече от половината от тях са слънчеви електроцентрали (49 GW) и вятърни електроцентрали (63 GW). Пуснат е в експлоатация повече капацитет, отколкото се генерира от някои страни от Г-8 - например Канада.

Слънчевите и вятърните централи са добавили повече капацитет през годината от централите на въглища, газ и атомните електроцентрали. Това постижение позволи на възобновяемите природни ресурси да изпреварят въглищата и да заемат първо място в света по отношение на растежа на инсталирания капацитет.

„Инсталирана мощност“ в алтернативната енергия е доста произволен показател. Слънцето не грее 24 часа в денонощието, а вятърът духа с различна скорост в различни посоки. Следователно действителното производство на електроенергия от възобновяеми източници е много по-ниско от инсталирания капацитет. По този показател възобновяемите източници изостават значително.

Производство на електроенергия по видове горива през 2014 г. източник:

Очевидно, за да се изпреварят изкопаемите горива в производството на електроенергия, е необходимо да се инсталира на моментиповече генерирана мощност от сега.

Световно производство на електроенергия от 1971 г. до 2014 г. по вид гориво (TWh). Източник: Ключова световна енергийна статистика за 2016 г., Международна енергийна агенция

Според последните данни на Международната агенция по енергетика за 2015 г. въглищата са осигурили 39% от световното производство на електроенергия, а всички възобновяеми източници, включително хидроенергията, само 23%. Според прогнозата делът на възобновяемите източници ще нарасне до 28% до 2021 г. В този случай възобновяемите ресурси ще генерират повече от 7600 TWh - повече електроенергия, отколкото САЩ и страните от ЕС, взети заедно, генерират в момента.

Приемането на по-строго законодателство в някои страни в подкрепа на възобновяемата енергия не се дължи само на ратифицирането на Парижкото споразумение съгласно Конвенцията на ООН за изменението на климата година по-рано от прогнозираното. Това също е свързано със сериозни екологични проблемив някои страни. Например поради силно замърсяваневъздух в Китай, тази страна сега се стреми активно да популяризира алтернативна енергия. Понастоящем приблизително 40% от новия капацитет за възобновяема енергия в света идва от Китай (включително 50% от вятърните инсталации).

Експертите обаче предупреждават, че прогнозираният растеж на алтернативната енергия зависи силно от държавна подкрепа, което често се променя в различните страни. Прекъснатият характер на слънчевата и вятърната енергия също крие определени рискове за операторите.

Сега обаче по света се въвеждат инсталации за възобновяема енергия. повечеотколкото изкопаемите горива. В Европейския съюз и САЩ инсталираните мощности на алтернативната енергия ежегодно надвишават новите нужди на икономиката. Тоест, сега изобщо няма смисъл да се строят нови ТЕЦ на въглища и газ, а старите могат постепенно да бъдат затворени.

Като цяло, въпреки че спадът на цените и темповете на растеж са много впечатляващи, за да може използването на слънчева и вятърна енергия наистина да помогне за постигането на глобалните екологични цели, трябва да се предприемат сериозни стъпки в енергетиката и транспорта, смятат експерти от Международната агенция по енергетика.

Времето не стои неподвижно. В древността хората са използвали само собствена сила, или, ако е възможно, силата на домашните любимци. Тогава първо външен източникЕнергията, която хората са се научили да използват, е огънят. Всичко, което първоначално знаеха как да извлекат от огъня, беше да готвят храна и да отопляват дома си. Днес в услуга на човечеството има енергийни източници, които надхвърлят човешка силамилиони пъти. Сега готвим храна не само с помощта на огъня, специално оборудванеВдигаме тонове товари с помощта на ракети, завладяваме космоса, надникваме в дълбините на Земята и изграждаме милиони градове. Светът обаче все по-често преживява локални енергийни кризи, свързани с липсата на енергийни ресурси.

Закон за енергията

Енергията никога не изчезва, тя може да променя формата си и да се натрупва. Например, растенията се нуждаят от слънчева светлина; те преобразуват слънчевата енергия и я съхраняват. В същото време ни го дават във формата годни за консумация продукти, хората и животните консумират тези растения и превръщат тази енергия, която се натрупва в тях, например, в мускулна работа. От друга страна, изгарянето на дърва на огън също освобождава енергия, идваща от Слънцето. В допълнение, всички изкопаеми ресурси на планетата, предимно въглища, природен газ и нефт, са устройства за съхранение на слънчева енергия. Всички тези горивни и енергийни ресурси са се образували от останките на животни и растения, съществували преди милиони години, под въздействието на налягане и изключително високи температури в земната кора.

За един средновековен човек би изглеждало като магия, ако пред очите му някой е извличал светлина от въглища или е управлявал кола с масло. Но тази магия се състои само в това да направи възможно натрупването на енергия и прехвърлянето й от една форма в друга. В днешно време този процес е толкова обичаен за всички, че малко хора се замислят за енергийния проблем и ресурсите, които отнемаме за това. От времето, когато човечеството започна да разкрива тайните на енергията, то се опитва да получи енергия на най-ниска цена. Идеален вариантБи било да се изобрети машина на времето, така нареченият „перпертум мобиле“, която сама да произвежда енергия, получавайки я от нищото. Но, за съжаление, това вечен двигателНевъзможно е да се създаде такава, която да реши всички проблеми с енергийните ресурси. Общото количество енергия винаги остава непроменено, не може да бъде създадено, можете само да освободите натрупаната енергия и да я трансформирате в друга: светлинна, електрическа, топлинна, физическа, химическа и т.н.

Водата като източник на енергия

Човек може да използва мощна силавода, на някои етапи се намесва в естествения воден цикъл, за да извлече по този начин енергия. Днес водноелектрическите централи произвеждат електричество, което може да се съхранява или веднага да се консумира по предназначение.

Невероятно силни морски вълни се разбиват в множество брегове всяка секунда, мощната им енергия върши своята работа. Но човечеството все още не е в състояние да използва сила морски вълниза производство на енергия, въпреки че има безброй теоретични модели и идеи за тяхното прилагане за решаване на енергийния проблем. Напоследък, а именно след аварията в Чернобилската атомна електроцентрала, правителствата на много морски държави се заинтересуваха сериозно от този безопасен източник на енергия, преди това се провеждаха тестове главно в областта на ядрената енергия.

Въглища

Всички видове въглища са резултат от процес, продължил милиони години, по време на който останките от различна растителност се разлагат и под високо налягане се превръщат в торф, а след това във въглища. В течение на милиони години тези отлагания навлизат все по-дълбоко в земната кора, като отгоре се покриват с нови слоеве. Например 50-метров слой торф беше уплътнен до 3-метров слой въглища. Римляните са първите, които са отоплявали домовете си с въглища още през 1 век сл. н. е. Изследователите смятат, че торфът се е използвал за отопление още от праисторически времена. Едва през 16 век въглищата започват да се използват като гориво в Европа.

Въглища и нефт по произход и химически съставпринадлежат към същата група. Всъщност можете да получите бензин от въглища, точно както от нефт. Този метод е разработен в Германия по време на Втората световна война, когато не е имало достатъчно петрол за производство на бензин. Този метод се състои в това, че по време на процеса на горене въглищата се раздробяват и преминават през определени химически процеси, което води до отлично гориво.

Масло

Подобно на други видове изкопаеми горива, които човечеството изгаря, за да произвежда топлина и електричество, петролът е изключително стар. Най-старите нефтени находища са били образувани преди 600 милиона години. Нефтът запълни всички кухини и пукнатини на земната кора, създавайки огромни находища. Днес те се търсят активно, пробиват се кладенци и се добиват огромни запаси от тези находища.

Все повече и повече вещества, консумирани от човечеството, се произвеждат от нефт. Бензинът и дизеловото гориво не са единствените продукти, консумирани от хората. Нефтът е суровина за производството на лекарства, изкуствени тъкани, отрови, минерални торове, козметика и пластмаси. Ние дори не подозираме колко зависимо е човечеството от тези горивни и енергийни ресурси. Не напразно най-богатите страни в света са страни производителки на петрол. В днешно време петролът доминира навсякъде. Никоя друга форма на енергия все още не може да замени петрола като източник на енергия.

Природен газ

Газът, използван за отопление, готвене или генериране на електричество, най-често е пропан, бутан или природен газ. Открит е при пробиването на първите нефтени кладенци почти случайно. Днес природният газ задоволява една пета от световните енергийни нужди.

Природният газ, който гори по време на готвене, произвежда два пъти повече енергия от електрическия ток, произведен от топлоелектрическите централи. Природният газ, подобно на въглищата, е изкопаемо гориво, но е по-близко по произход до нефта. Ето защо се добива заедно с нефт или под формата на самостоятелни газови образувания. Най-лесният начин за извличане на природен газ е от находища, които са под земята, като например в Близкия изток или Сибир. Безопасността при производството му се осигурява от система от свързващи тръби и вентили, с помощта на които се регулира налягането, тъй като газовите находища са постоянно под огромно налягане.

Основните европейски находища на газ са в Италия, Франция и Холандия, както и в Северно море, край бреговете на Великобритания и Норвегия. Освен това Русия доставя сибирски газ чрез обширна система от газопроводи за страните от Централна Европа. Русия е основният доставчик на газ; от всички запаси на газ в света идват от Сибир.

Енергия от атоми

Човечеството се научи да получава атомна енергия в електроцентрали чрез разделяне на ядрото на уранов атом. Именно този елемент има нестабилно ядро ​​и най-лесно се разцепва от неутрони. В резултат на разпадането на ядрото се отделят нови неутрони, които от своя страна разцепват други атомни ядра. Този процес се превръща във верижна реакция и освобождава огромно количество енергия, която се използва за превръщане на водата в пара, задвижваща турбина и електрически генератор. За съжаление, този метод за решаване на енергийния проблем е опасен; заедно с енергията на атомните ядра възниква радиоактивно излъчване, което е опасно за всички живи организми. Следователно защитата с помощта на специални заграждения в такива електроцентрали трябва да бъде максимална.

Меки енергии

Според учените решението на енергийния проблем в бъдещето се крие в мекото алтернативни видовеенергия. Има форми като вятърна енергия, биоенергия и слънчева енергия. Те не разхищават минерали и не вредят на околната среда. Те се наричат ​​още възобновяеми енергийни източници. Докато има живот на Земята, вятърната енергия, биоенергията и слънчевата енергия са неизчерпаеми, а изкопаемите източници под формата на въглища, газ и нефт един ден ще изчезнат.

Биоенергия

Биоенергията е енергия, която се произвежда от растения. За животните и хората растенията са най-важният източник на енергия и храна. Растенията получават енергия директно от Слънцето, докато дървото е носител на възобновяема биоенергия. Но нуждите на нашето индустриално общество са толкова големи, че цялата дървесина на планетата може да задоволи само малка част от нея, без да реши енергийния проблем. В много страни дървесината е основният източник на енергия. Неконтролираното изсичане води до намаляване на броя на дърветата, тъй като често няма достатъчно пари за засаждането им. В този случай този източник постепенно става невъзобновяем, което ще се превърне в една от причините за енергийния проблем.

Алтернативен и перспективен метод за получаване на енергия е производството на биогаз. Образува се от унищожени вещества от животински и растителен свят при липса на контакт с въздуха. Селскостопанските ферми, в които се събира много биомаса като отпадък, могат да използват специални инсталации за биогаз за производство на метан. Работата на такива инсталации не вреди на околната среда и използването им не изисква никакви разходи. Решението на проблема с енергията и суровините е в такива алтернативни източници. Но, разбира се, те първо трябва да бъдат построени, а първите опити винаги са свързани с големи разходи. Интересен начинконсумират по-малко бензин, например в Бразилия. Те произвеждат биоалкохол, течност, получена от ферментацията на захарна тръстика и царевица. Този алкохол се добавя към обикновения бензин. Така страната става по-малко зависима от вноса на бензин.

Друг пример за използването на биоенергия е крайбрежието на Калифорния. Един от сортовете се отглежда в морски ферми морски водорасли, които нарастват с половин метър дневно. Те също се преработват за производство на бензин, а други видове водорасли се използват като суровини в топлоелектрическите централи, намалявайки проблемите с енергията и суровините.

Вятърна енергия

Вятърът е един от традиционните източници на енергия. Още през 7 век пр.н.е. д. вятърни мелници са използвани в Персия, а през 1920 г. в Съединените щати за първи път е използвана вятърна мелница за генериране на електричество. Още 10 години по-късно в Австрия и Бавария са построени вятърни турбини, които осигуряват цели области със собствено електричество.

Съвременните електроцентрали произвеждат електричество. С помощта на вятърната енергия се движат електрически генератори, които захранват електрическата мрежа или съхраняват енергия в батерии. Според експерти, използването на вятърна енергия има голямо бъдеще, ако човечеството даде предпочитание на развитието на алтернативни енергийни технологии, а не на ядрената енергия и използването на петрол като източник на енергия.

Слънчева енергия

По отношение на производството на енергия можем да мислим за Слънцето като за вид ядрен реактор с изключителна мощност. Само малка частица достига Земята, но дори и тя дава възможност за живот. Възможно ли е слънчевата енергия да се преобразува директно в електрическа? Да, това е напълно възможно с помощта на слънчеви панели. Още днес навсякъде, където слънцето грее ярко и нуждата от електроенергия е малка, те получават енергия директно от слънцето. Слънчевите клетки са пластини, които имат два изключително тънки слоя. Единият слой се състои от силиций, вторият - от силиций и бор. Заедно със слънчевата светлина, която удря слънчевата батерия, фотоните - малки частици светлина, излъчвана от Слънцето - проникват през външния й слой. Те движат електрони, прехвърляйки ги във втория слой и по този начин предизвиквайки електрическо напрежение. Прехвърлените електрони влизат в устройството за съхранение на ток, след което в електрически проводници. Така например слънчевите централи вече решават енергийния проблем на Далечния изток.

Слънчевите панели непрекъснато се подобряват. Те все още са много скъпи, но се надяваме, че в близко бъдеще ще станат доста ефективни и евтини и ще могат да решат глобалния енергиен проблем и да задоволят значителна част от нуждите на човечеството от електроенергия. Такива слънчеви ферми сега се намират в необитаеми райони поради екстремните горещини. Перспективите за използване на слънчевата енергия са огромни; според експертите, ако технологията за производство на водород продължи да се развива, тогава слънчевата енергия, натрупана в пустинните райони, може да бъде доставена под формата на водород до страните потребители.

Защо да пестите енергийни резерви?

Залежите от нефт, въглища и природен газ, образувани от нашата планета в продължение на милиони години, се консумират от човечеството за няколко години. Когато безсмислено изразходваме тези резерви с увеличено производство на енергия, ние ограбваме нашите потомци.

Правейки това, ние нарушаваме баланса на енергията на Земята, защото съотношението на получената енергия и енергията, върната обратно в космоса, трябва да бъде балансирано. Ако човечеството унищожи и изгори енергийните резерви, тогава се образуват газове, които пречат на излишната слънчева енергия да се върне в космоса. В резултат на това възниква глобален енергиен проблем - нашата планета става по-топла, възниква явление, наречено парников ефект. Парниковият ефект може да промени глобалния климат толкова много, че пустините да се разширят, да се образуват опустошителни торнада, ледът на полюсите ще се стопи, морското равнище ще се повиши значително и много брегови линии ще бъдат наводнени.

Освен това времето на изчерпване на енергийните ресурси вече е настъпило. Учените бият тревога, доказвайки, че изкопаемите енергийни запаси ще стигнат за няколко десетилетия, след което потреблението на енергия ще намалее, а също и благосъстоянието на човечеството. Решението на проблема е бързото преминаване на обществото към разумно потребление енергийни запасии разработване на нови алтернативни и безопасни методипроизводство на енергия.

Днес целият свят се снабдява с електричество чрез изгаряне на въглища и газ (изкопаеми горива), използване на водни потоци и контролиране на ядрени реакции. Тези подходи са доста ефективни, но в бъдеще ще трябва да ги изоставим, обръщайки се към такава посока като алтернативна енергия.

Голяма част от тази нужда се дължи на факта, че изкопаемите горива са ограничени. В допълнение, традиционните методи за производство на електроенергия са един от факторите за замърсяване на околната среда. Ето защо светът се нуждае от "здравословна" алтернатива.

Предлагаме нашата версия на ТОП не традиционни начинипроизводство на енергия, което в бъдеще може да стане заместител на конвенционалните електроцентрали.

7 място. Разпределена енергия

Преди да разгледаме алтернативните източници на енергия, нека разгледаме една интересна концепция, която в бъдеще може да промени структурата на енергийната система.

Днес електричеството се произвежда в големи електроцентрали, пренася се в разпределителните мрежи и се доставя до домовете ни. Разпределеният подход включва постепенно отказ от централизирано производство на електроенергия. Това може да се постигне чрез изграждане на малки енергийни източници в непосредствена близост до потребителя или група от потребители.

Като енергийни източници могат да се използват:

• микротурбинни електроцентрали;
• газотурбинни електроцентрали;
• парни котли;
• слънчеви панели;
• вятърни турбини;
• термопомпи и др.

Такива мини електроцентрали за дома ще бъдат свързани към общата мрежа. Излишната енергия ще тече там и ако е необходимо, електрическата мрежа ще може да компенсира липсата на енергия, например, когато слънчевите панели работят по-лошо поради облачно време.

Въпреки това, прилагането на тази концепция днес и в близко бъдеще е малко вероятно, ако говорим за глобален мащаб. Това се дължи главно на високата цена на прехода от централизирана енергия към разпределена енергия.

6-то място. Светкавична енергия

Защо да генерирате електричество, когато можете просто да го „хванете“ от въздуха? Средно един удар на мълния е 5 милиарда J енергия, което е еквивалентно на изгаряне на 145 литра бензин. Теоретично, светкавичните електроцентрали ще намалят значително цената на електроенергията.

Всичко ще изглежда така:станциите са разположени в райони с повишена гръмотевична активност, „събират“ изхвърляния и съхраняват енергия. След това енергията се подава към мрежата. Можете да хванете мълния с помощта на гигантски гръмоотводи, но тя остава основен проблем– за част от секундата натрупайте възможно най-много светкавична енергия. включено модерен етапСуперкондензаторите и преобразувателите на напрежение са незаменими, но в бъдеще може да се появи по-деликатен подход.

Ако говорим за електричество „от нищото“, човек дори не може да си спомни поддръжниците на образованието безплатна енергия. Например Никола Тесла по едно време предполага се демонстрира устройство за генериране на електрически ток от етер за управление на автомобил.

5-то място. Изгаряне на възобновяеми горива

Вместо въглища централите могат да горят т.нар биогориво " Това са преработени растителни и животински суровини, отпадъчни продукти от организми и някои промишлени отпадъци от органичен произход. Примерите включват обикновени дърва за огрев, дървени стърготини и биодизел, открити на бензиностанциите.

В енергетиката най-често се използва дървесен чипс. Събира се по време на дърводобив или дървообработващо производство. След смилането се пресова в горивни пелети и в тази форма се изпраща в топлоелектрически централи.

До 2019 г. в Белгия трябва да приключи изграждането на най-голямата електроцентрала, която ще работи на биогориво. Според прогнозите той ще трябва да произвежда 215 MW електроенергия. Това е достатъчно за 450 000 жилища.

Интересен факт!Много страни практикуват отглеждане на така наречените „енергийни гори“ - дървета и храсти, по възможно най-добрия начинподходящ за енергийни нужди.

Все още е малко вероятно алтернативната енергетика да се развие в посока биогорива, защото има по-обещаващи решения.

4 място. Приливни и вълнови електроцентрали

Традиционните водноелектрически централи работят на следния принцип:

1. Водното налягане тече към турбините.
2. Турбините започват да се въртят.
3. Ротацията се предава на генератори, които генерират електричество.

Изграждането на водноелектрически централи е по-скъпо от топлоелектрическите централи и е възможно само на места с големи запаси от водна енергия. Но основният проблем е увреждането на екосистемите поради необходимостта от изграждане на язовири.

Приливните електроцентрали работят на подобен принцип, но използвайте приливите и отливите, за да генерирате енергия.

„Водните“ видове алтернативна енергия включват такава интересна посока като вълновата енергия. Същността му се свежда до генериране на електричество чрез използване на енергията на океанските вълни, която е много по-висока от енергията на приливите и отливите. Най-мощната вълнова електроцентрала днес е Pelamis P-750 , който произвежда 2,25 MW електрическа енергия.

Люлеейки се на вълните, тези огромни конвектори („змии“) се огъват, карайки хидравличните бутала вътре да се движат. Те изпомпват масло чрез хидравлични двигатели, които от своя страна задвижват електрически генератори. Полученото електричество се доставя до брега чрез кабел, който е положен по дъното. В бъдеще броят на конвекторите ще бъде многократно увеличен и станцията ще може да генерира до 21 MW.

3-то място. Геотермални станции

Алтернативната енергетика е добре развита и в геотермално направление. Геотермалните централи генерират електричество, като всъщност преобразуват енергията на земята, или по-скоро - топлинна енергияподземни източници.

Има няколко вида такива електроцентрали, но във всички случаи те се основават на едно и също принцип на работа: Парата от подземен източник се издига нагоре в кладенеца и завърта турбина, свързана с електрически генератор. Днес е обичайна практика водата да се изпомпва в подземен резервоар на голяма дълбочина, където се влияе високи температурисе изпарява и постъпва в турбините под формата на пара под налягане.

Райони с голям брой гейзери и открити термални извори, които се нагряват от вулканична дейност, са най-подходящи за целите на геотермалната енергия.

И така, в Калифорния има цял геотермален комплекс, наречен „ Гейзери " Обединява 22 станции, генериращи 955 MW. Източник на енергия в в този случай– магмена камера с диаметър 13 km на дълбочина 6,4 km.

2-ро място. Вятърни електроцентрали

Вятърната енергия е един от най-популярните и обещаващи източници за производство на електроенергия.

Принципът на работа на вятърния генератор е прост:

• лопатките се въртят под въздействието на силата на вятъра;
• въртенето се предава на генератора;
• генераторът произвежда променлив ток;
• Получената енергия обикновено се съхранява в батерии.

Мощността на вятърния генератор зависи от обхвата на лопатките и височината му. Поради това те се монтират на открити площи, полета, хълмове и в крайбрежната зона. Инсталациите с 3 лопатки и вертикална ос на въртене работят най-ефективно.

Интересен факт!Вятърната енергия всъщност е вид слънчева енергия. Това се обяснява с факта, че ветровете възникват поради неравномерно нагряване на земната атмосфера и повърхност от слънчевите лъчи.

За да направите вятърна мелница, не е нужно дълбоко знаниев инженерството. Така много занаятчии успяха да си позволят да се изключат от общата електрическа мрежа и да преминат към алтернативна енергия.

За производството на електроенергия в промишлен мащаб се използват вятърни електроцентрали, състоящи се от много вятърни турбини. Най-голямата е електроцентралата " Алта “, разположен в Калифорния. Мощността му е 1550 MW.

1 място. Слънчеви електроцентрали (SPP)

Слънчевата енергия има най-големи перспективи. Технологията за преобразуване на слънчевата радиация с помощта на фотоклетки се развива от година на година, ставайки все по-ефективна.

В Русия слънчевата енергия е сравнително слабо развита. Някои региони обаче показват отлични резултати в тази индустрия. Да вземем например Крим, където работят няколко мощни слънчеви електроцентрали.

Възможно е да се развие в бъдеще космическа енергия. В този случай слънчевите електроцентрали ще бъдат построени не на повърхността на земята, а в орбитата на нашата планета. Най-важното предимство на този подход е, че фотоволтаичните панели ще могат да получават много повече слънчева светлина, защото това няма да бъде възпрепятствано от атмосферата, времето и сезоните.

Заключение

Алтернативната енергия има няколко обещаващи направления. Постепенното му развитие рано или късно ще доведе до изместване на традиционните методи за производство на електроенергия. И изобщо не е необходимо само една от изброените технологии да се използва в целия свят. Вижте видеоклипа по-долу за повече подробности.