Как только человечество освоило электричество, началось активное строительство электростанций, вырабатывающих его. Исторически большинство из них работало, перерабатывая ископаемое топливо. В качестве него может использоваться уголь, газ, нефть и продукты, получаемые из нее, а в атомных электростанциях – радиоактивные элементы (уран, плутоний, торий).
Читайте также: Альтернативные источники энергии
Однако запасы ресурсов на нашей планете не бесконечны, а потому мы не сможем вечно использовать их для производства электричества. Также сжигание углеводородов приводит к выбросу углекислого газа и тем самым провоцирует глобальное потепление.
Но существует выход – возобновляемая энергетика. На сегодняшний день доля возобновляемых источников в мировом производстве энергии составляет 20%, и она постепенно увеличивается. Такая энергетика основана на использовании природных процессов, в ходе которых можно получить энергию, не сжигая ископаемое топливо. Какие основные разновидности возобновляемой энергетики существуют сегодня в мире?
Гидроэнергетика
Человек стал использовать энергию течения рек задолго до изобретения электричества, ведь первые водяные мельницы появились ещё до нашей эры. Долгое время гидроэнергетика была единственным экономически рентабельным источником возобновляемой энергии. Плотина гидроэлектростанции перегораживает русло реки, в результате чего создается разница в уровне воды, а также водохранилище. При сбросе воды она крутит турбины, за счет чего и вырабатывается электричество.
Расходы на строительство ГЭС очень велики, однако затраты, связанные с ее эксплуатацией чрезвычайно малы. В результате себестоимость электроэнергии оказывается значительно ниже, чем при сжигании топлива. Считается, что экологический ущерб наносит водохранилище, которое затапливает огромные территории. Однако оно дает возможность выравнивать мощность электростанции, а также может использоваться местными жителями для пляжного отдыха.
Сегодня именно ГЭС являются самыми мощными электростанциями на нашей планете. Рекордсмен – «Три ущелья» на реке Янцзы (Китай) с мощностью 22,5 ГВт, за год вырабатывающая порядка 100 млрд Квт·ч. На гидроэнергетику приходится более половины энергии, вырабатываемой с помощью возобновляемых источников.
Энергия приливов
Приливные электростанции (ПЭС) строятся на побережьях морей и океанов и используют изменение уровня воды во время приливов. Их возведение экономически целесообразно только в районах со значительным колебанием уровня воды. По своей конструкции они схожи с ГЭС, однако имеют существенный недостаток: их мощность непостоянна в течение суток. В результате на сегодня ПЭС не очень распространены.
Самой мощной является Сихвинская электростанция (240 Мвт), расположенная в Южной Корее. Однако на Земле есть места, где можно построить куда более грандиозные ПЭС. Например, существует проект Пенжинской приливной электростанции, чья расчетная мощность составляет 87 ГВт, однако на ее возведение придется потратить 200 млрд долларов.
Солнечная энергетика
Существует два разных вида солнечных электростанций. Первый представляет собой набор солнечных панелей. Свет, падая на них, создает электричество за счет фотоэффекта. Такие панели можно могут быть очень компактными и располагаться на крышах домов. Однако для их изготовления необходимы такие редкие элементы, как теллур и индий, что означает высокую себестоимость вырабатываемой электроэнергии.
Второй тип СЭС основан на использовании множества зеркал, фокусирующих падающий на них свет в одной точке, в которой располагается резервуар с водой или иной рабочей жидкостью. Такие станции более громоздкие, но и вырабатывают они более дешевую энергию.
Эффективность солнечной энергетики сильно зависит от климата местности. Выгодней всего получать электричество в пустыне Сахара. Существует проект Desertec, предполагающий строительство там гигантской электростанции мощностью 100 ГВт, которая будет обеспечивать энергетические потребности европейских стран.
Энергия ветра
Для генерации электричества можно использовать и движение потока воздуха. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости ветра, причем при ее повышении в 2 раза можно получить в 8 раз больше киловатт. Также большую роль играет высота ветрогенератора. Дело в том, что у поверхности Земли поток воздуха тормозится из-за трения с поверхностью, но на высотах более 100 метров этот эффект резко ослабевает. Некоторые установки способны развивать мощность более 8 МВт.
Главный недостаток ветроэнергетики – это непостоянство воздушного потока, из-за чего ветрогенераторы большую часть времени работают не в полную силу. Из-за этого их часто устанавливают в прибрежных зонах и даже на искусственных островах, так как ветер над морем отличается большей стабильностью.
Геотермальная энергия
Земное ядро имеет температуру более 6000° С, и оно отдает тепло в земную кору. В местах вулканической активности можно найти геотермальные источники с температурой воды более 100° С (она не вскипает из-за высокого давления). Ее можно использовать как источник электроэнергии.
Существенным недостатком геотермальной энергии является ее привязанность к местам вулканической активности. В результате только в некоторых странах (Исландия, Филиппины, Сальвадор, Коста-Рика) она вносит существенный вклад в выработку электроэнергии.
Существует и более универсальная петротермальная энергетика, которую можно использовать в любой точке Земли. Она предполагает бурение двух скважин на глубины в несколько километров. В одну из них подается вода, а через другую выходит пар. Вода нагревается за счет высоких температур на глубине (125 °С на 5 км). Однако пока что этот метод экономически нерентабелен.
Биоэнергетика
Формально к возобновляемой относится и биоэнергетика. Она предполагает сжигание топлива (этанол, бутанол, диметиловый эфир), которое получено не из месторождений, а при переработке растений. В качестве сырья могут использоваться сахарный тростник, кукуруза и другие культуры. Существует мнение, что биоэнергетика не ведет к увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере, ведь растения поглощают его перед своим сжиганием. Однако из-за того, что фермеры отдают предпочтение культурам, используемым для производства биотоплива, сокращается площадь посевов, выделенных под выращивание продовольствие, что увеличивает цены на еду и усиливает голод в неразвитых африканских странах.
Неиспользуемые возобновляемые источники энергии
Существует ещё много теоретических способов выработки электроэнергии. Ряд ученых предлагает использовать энергию гроз, разницу температур на дне и поверхности Мирового океана, энергию волн и иные источники. Однако на сегодня они представляются экономически невыгодными. В лучшем случае построены только экспериментальные установки, подтверждающие возможность их использования.
