Альтернативная энергетика в наше время является одним из самых популярных направлений для активной деятельности инновационных компаний и их разработок. В этой сфере ведётся огромное количество исследований, здесь заняты тысячи учёных, работающих в разных странах мира. А как же обстоят дела с альтернативной энергетикой в России? Если вы хотите знать ответ на данный вопрос, тогда эта статья может быть вам интересна.

Прежде чем понять, что представляет собой альтернативная энергетика в России, необходимо разобраться с тем, что называется альтернативной энергетикой. Если говорить кратко, то альтернативная энергетика – это комплекс мер и способов, позволяющих получать энергию, используя для этого возобновляемые ресурсы.

К возобновляемым источникам энергии относится:

• Солнечная;
• Энергия вод;
• Ветровая;
• Приливная;
• Геотермальная энергия и многие другие источники энергии.

Ускоренные темпы развития являются характерной чертой для современной альтернативной энергетики во многих странах мира. Причина заключается в попытке снизить зависимость человечества от невозобновляемых источников энергии. Хорошей демонстрацией текущей зависимости человечества от нефти, газа и других подобных ресурсов стало такое известное событие, как нефтяной кризис 1973 года, который во многом способствовал поиску новых решений в сфере альтернативной энергетики.

Что касается положения России, то долгое время она не торопилась вести активные исследования в этой сфере, так как обладает большим количеством невозобновляемых источников энергии. На данный момент Россия обладает опытом в создании электростанций, которые используют в своей работе альтернативные источники энергии. Главной проблемой в этом направлении является отсутствие необходимой поддержки со стороны государства.

Виды альтернативной энергетики

На данный момент существует большое количество видов альтернативной энергетики.

Био

Биомасса (энергоносители растительного происхождения) может быть успешно использована для получения энергии. Важно отметить, что некоторая часть биомассы относится к традиционным источникам энергии (древесина, опилки, стружка и т. д.). Что же касается альтернативных источников энергии, то к понятию «биомасса» относятся растения, сельскохозяйственные отходы. Для сжигания биомассы используются два основных подхода:

• Использование котлов высокого давления (КПД такого процесса составляет 40–50%);
• Использование газовых турбин (КПД такого процесса составляет 93%);

Чтобы сжигание биомассы было экономически выгодным, необходимо выполнять её переработку вблизи источников сырья. По той причине, что источником сырья чаще всего выступают фермы и сельскохозяйственные предприятия, большая часть объектов, занимающихся переработкой биомассы, располагается вблизи них. Такой подход позволяет получить довольно большое количество энергии по небольшой цене.

Что касается России, то наиболее подходящими регионами для переработки биомассы являются Черноземье, Краснодарский край, Центральная часть России, Юг Сибири.

Ветровая

Ветер успешно используется для получения энергии. По целому ряду причин, наиболее выгодным местом для размещения ветряков является береговая линия (не меньше чем в 10 км от моря). В случае с Россией, наиболее подходящими местами для размещения ветряных электростанций является прибрежная линия Крайнего Севера, а также Дальний Восток.

Водородная

Альтернативная энергия из водорода может быть получена несколькими методами:

• Из природного газа;
• Из лёгкой нефти;
• Методом разложения воды на составляющие элементы (водород и кислород);
• Из микроорганизмов;
• Из ферментов;

Следует отметить, что водородный двигатель по эффективности превосходит стандартный двигатель внутреннего сгорания примерно в 2–3 раза, что делает альтернативную энергию, полученную из водорода, очень перспективным направлением как во всём мире, так и в РФ.

Геотермальная

Геотермальный способ получения альтернативной энергии позволяет использовать тепло земной коры. Использование геотермальной энергетики актуально лишь в определённых местах планеты, где это будет экономически целесообразно. На данный момент больше всего геотермальных электростанций находится на территории Италии, США, Ирландии и Новой Зеландии.

Мировое производство энергии с использованием геотермальных источников составляет 19,3 тыс. МВт. Россия производит порядка 10% все геотермальной энергии мира. Однако геотермальная энергетика в России должна развиваться и дальше, так как её потенциал очень велик. По оценке некоторых экспертов, только Камчатка способна производить порядка 5 тыс. МВт энергии, используя геотермальные источники.

Солнечная

Солнечная энергетика является одним из самых перспективных направлений, так как Солнце – это мощнейший источник энергии, который способен полностью решить все энергетические проблемы нашей планеты. Кроме того, солнечная энергетика является полностью «зелёной», она не причиняет никакого вреда экологии.

На данный момент солнечная энергия производится во многих страна с использованием специальных фотоэлементов. Они устанавливаются на крышах зданий, солнечные батареи установлены на космических объектах. Специальные гелиостанции устанавливаются в местах с большим количеством солнечных дней.

Одной из основных проблем солнечной энергетики является низкий КПД используемых фотоэлементов, который в лучшем случае достигает 23%. Это не касается солнечных батарей, развернутых в космосе: от них КПД очень высок. Среди других недостатков также следует отметить непостоянный объём производства энергии, а также необходимость большого количества свободной территории для установки фотоэлементов.

В Российской Федерации лучшими местами для строительства гелиостанций являются Краснодарский край, Кубань, Приморье и Восточная Сибирь.

Термоядерная

Одним из самых многообещающих направлений в альтернативной энергетике является контролируемый термоядерный синтез, при помощи которого может быть полностью решена энергетическая проблема не только конкретных стран, но и всего человечества.

Среди главных преимуществ термоядерной энергетики нельзя не отметить:

• Неиссякаемые источники;
• Экологическую безопасность;
• Экономическую эффективность.

На данный момент ещё не удалось создать станций термоядерного синтеза, которые были бы экономически выгодными. Однако в этом направлении ведутся активные работы.

У истоков контролируемого термоядерного синтеза стоят известные учёные Илья Тамм, Игорь Курчатов и Андрей Сахаров. Первые исследования в этом направлении начали вестись ещё в 1950-е годы в СССР.

Одним из самых перспективных проектов в этом направлении является международный проект ITER, который должен дать первые серьёзные результаты, по прогнозам, в 2040–2050-е годы. Россия, как и многие другие страны, является участником этой программы.

Состояние альтернативной энергетики в России

В 90-е годы, в связи с определёнными событиями (распад СССР), многие программы по исследованиям в сфере альтернативной энергетики были частично или полностью прекращены. Затем были попытки вновь начать исследования в этом направлении, и даже определились регионы Российской Федерации, в которых развитие данной сферы особенно перспективно. Но несмотря на это в 2000-е годы исследования в этой сфере были практически прекращены.

Одной из причин прекращения работы в данной сфере стала высокая цена на нефть, что, в свою очередь, отбило желание у государства вкладывать средства в поиски новых способов получения энергии.

Достижения России в альтернативной энергетике

На данный момент исследования в направлении «зеленой» энергетики в России практически не ведутся, однако государство имеет определённые достижения в этой сфере.

Среди таких достижений можно отметить наличие целого ряда ветряных электростанций, а также наличие геотермальных станций.

Развитие солнечной энергетики в России также даёт свои определённые плоды, на территории страны работает несколько солнечных станций. Определённое развитие получила и приливная энергетика.

Проблемы

Одной из главных проблем для всех занимающихся альтернативной энергетикой в России является отсутствие господдержки, а также отсутствие нормативно-правовой базы для этого рода деятельности.

Среди других проблем следует отметить отсутствие выгоды от вложений в эту сферу, а также неконкурентоспособность электростанций, использующих альтернативные источники энергии, по сравнению с использующими традиционные.

Следует отметить, что в период с 2000 до 2010 год процент использования возобновляемых источников в российском энергетическом балансе увеличился. Однако причиной этого стало большее использование традиционно возобновляемых источников – таких, как отходы деревообрабатывающей промышленности.

Ещё одним серьёзным недостатком является отсутствие необходимой инфраструктуры для развития альтернативной энергетики, а также недостаток кадров, способных работать в этом направлении, особенно высококвалифицированных. Причины этого заключаются в том, что инвестиции в эту сферу пока что невыгодны, поэтому их практически нет. Даже несмотря на то, что альтернативные источники энергии в России имеются в большом достатке. Данную проблему способна решить господдержка, хотя бы на ранних стадиях проектов, пока они не достигнут окупаемости.

По мнению специалистов дефицит углеводородов уже в ближайшее десятилетие начнет оказывать влияние на мировую экономику и экономику России в частности. Нехватка природных ресурсов неизбежно приведет к постепенному росту цен на энергоносители. По мнению некоторых ученых предотвратить такой ход событий можно, используя альтернативные источники энергии в России. В странах Европы уже сегодня активно внедряются программы по внедрению возобновляемых источников. Развитию этой отрасли энергетики способствует также и тот факт, что на территории России множество отдаленных районов, подключение которых к центральным электросетям и газовым магистралям затруднено. А между тем, страна изобилует природными возобновляемыми источниками энергии.

Солнечная энергетика в России

Солнечная энергетика имеет большой потенциал, но пока не реализованный на практике в полной мере. Препятствует этому отсутствие необходимых законов, разрешающих частным производителям осуществлять торговлю электроэнергией, полученной от солнечного света. Кроме того, использование фотоэлектрических систем (ФЭС) требует вложения значительных средств, а срок окупаемости сильно зависит от погодных условий. Однако для удаленных объектов солнечная альтернативная энергетика в России может стать решением проблемы. Наибольшим потенциалом для солнечной энергетики обладает Краснодарский, Ставропольский край, Магаданская область и Якутия. По статистике без централизованного электроснабжения сегодня в России проживает около 10 млн. человек, это заставляет задуматься о необходимости развития отрасли. Определенные наработки в этом направлении уже есть: в России появились предприятия, владеющие технологией производства ФЭС и их монтажа с целью получения электроэнергии. Одним из положительных примеров использования энергии солнца является солнечная электростанция, расположенная в Белгородской области (Яковлевский район, хутор Крапивенские Дворы) номинальной мощностью 0,1 МВт.

Карта солнечной инсоляции России

Гидроэнергетика

ГЭС в России исторически занимают второе место после АЭС по объему производимой электроэнергии. Этому способствует богатство природных водных ресурсов страны. Но возможности развития далеко не исчерпаны: в любой области найдется небольшая речушка, которую можно использовать для электрофикации не обеспеченных в полной мере электроэнергией районов. Малая гидроэнергетика может создать условия для развития промышленного малого бизнеса путем снижения расходов на оплату услуг энергопоставляющих компаний. Поэтому мини ГЭС в России пользуются все большим спросом. На сегодняшний день в стране действует порядка 300 мини ГЭС. Гидроэнергетические установки малой мощности способны производить от 1 до 3000 кВт/ч. Основными узлами мини ГЭС являются генератор и турбины, а всем процессом управляют автоматические системы. Различают несколько типов мини электростанций: русловые работают за счет естественного течения рек, приплотинные – за счет перепада уровней в разных водоемах. Размещать их можно не только в экологически чистых зонах, но также и возле водоочистных комплексов, промышленных и бытовых стоков, ирригационных каналов, судоходных сооружений. Малая гидроэнергетика в России, по приблизительным оценкам специалистов, имеет потенциал в 60 млрд. кВт/ч в год, который не используется даже на четверть. Причины тому различны, однако шаги по пути развития этого сектора энергетики намечаются, в последнее время интерес государства значительно возрос к гидроэнергетике в целом.

Геотермальная энергетика России

Альтернативная энергетика в России может основываться на использовании тепловой энергии земных недр: такая возможность есть лишь у нескольких стран. Запасы геотермальной энергии нашей страны более, чем в 10 раз превышают запасы угля. Эти богатства зачастую лежат, в буквальном смысле, на поверхности: геотермальные источники Камчатки с температурой до 200 °С на глубине всего лишь 3,5 км могут обеспечить работу не одной мини электростанции. Есть места, где вода выходит на поверхность: это существенно облегчает доступ к ее энергии. Геотермальная энергетика России начала свое развитие в 1966 году: именно тогда была построена первая такая электростанция. Сегодня с помощью камчатских источников можно вырабатывать около 300 МВт электроэнергии, но реально используется лишь 25%. Геотермальные воды островов Курильской гряды обладают потенциалом в 200 МВт: этого достаточно для полного обеспечения электроэнергией всего региона. Но не только Дальний Восток привлекателен для развития геотермальной энергетики: большим потенциалом обладает Ставропольский край, Кавказ, Краснодарская область. Температура подземных вод здесь достигает 125 °С. Недавно геотермальное месторождение обнаружено в Калининградской области, что также может быть использовано.

Биогаз в России

Биогаз образуется в результате разложения любых органических отходов. Этот продукт брожения состоит из метана и углекислого газа с небольшими примесями других веществ. Для получения природного топлива углекислый газ удаляют. В качестве сырья может использоваться любая биомасса: свекольный жом, отходы мясокомбината и рыбоперерабатывающего цеха, навоз, скошенная трава и опавшая листва, а также бытовые и фекальные отходы (список можно продолжить). Объем органических отходов в нашей стране ежегодно достигает 620 – 630 млн. тонн. С помощью этих отходов можно получить до 30 млн. м³ газа, сжиганием которого можно произвести до 70 ГВт электроэнергии. Электростанции в России используют биогаз, выделяемый из торфа, растительных и древесных отходов. За последнее десятилетие появилось множество предприятий, производящих биогазовые установки.

Приливная энергетика

Специалисты полагают, что приливные электростанции имеет смысл строить там, где разница уровней моря во время прилива и отлива составляет минимум 4 метра. Важно также учитывать площадь и объем приливного бассейна. Производительность приливной электростанции также зависит и от количества гидротурбин в плотине. Практическое использование энергии приливов и отливов в России можно увидеть на примере Кислогубской ПЭС: это абсолютно экологически безопасная система. Она позволяет экономить запасы углеводородов вне зависимости от водности года. Развитие этого направления может дать до 5% общего объема электроэнергии, произведенной в России.

Ветроэнергетика в России

Развитие ветроэнергетики в России существенно отстает от уровня развитых стран, которые обеспечивают таким способом до трети своих нужд в электричестве. Уровень капиталовложений для строительства «ветряков» сравнительно низкий: это должно привлечь инвесторов и заинтересовать малый бизнес. В России сегодня эксплуатируются ветрогенераторы давней постройки. Наиболее крупным является ветропарк «Куликово», размещенный под Калининградом. Его мощность составляет 5 МВт. В ближайшее время планируется увеличить ее мощность в четыре раза. Кроме того, энергию ветра используют ВЭС Тюпкильды (Башкортостан), Марпосадская (в Чувашии) и Калмыцкая ВЭС. Работают автономно: Анадырская, Заполярная, Никольская и Маркинская ветряные электростанции. Небольшие ветроустановки сегодня устанавливают для обеспечения коттеджных поселков и небольших промышленных предприятий.

Когда говорят об альтернативной энергетике, то обычно имеют в виду установки по производству электрической энергии из возобновляемых источников – солнечного света и ветра. При этом статистика исключает , станциях, использующих силу морских и океанических приливов, а также геотермальные электростанции. Хотя, эти источники энергии также являются возобновляемыми. Однако, они традиционные, используются в промышленных масштабах уже долгие годы.

Идея использовать силу ветра и солнечную энергию для производства электроэнергии достаточно привлекательная. Ведь это позволит отказаться от использования топлива. Даже привычный пейзаж должен будет измениться. Исчезнут трубы тепловых электростанций, саркофаги атомных. Многие страны перестанут находится в постоянной зависимости от закупок ископаемого топлива. Ведь солнце и ветер есть на Земле повсюду.

Но сможет ли такая энергетика вытеснить традиционную? Оптимисты считают, что так и произойдет. У пессимистов другой взгляд на проблему.

Всемирная статистика показывает, что рост инвестиций в альтернативную энергетику, начиная с 2012 года снижается . Наблюдается даже спад в абсолютных цифрах. Снижение в мировом масштабе произошло в основном за счет Соединенных Штатов Америки, стран Западной Европы. Его не смог даже компенсировать рост японских и китайских инвестиций.

Возможно, статистика несколько искаженная, ведь практически, не поддаются учету точечные производители альтернативной энергетики – отдельные солнечные батареи на крышах жилых домов, ветровые установки, обслуживающие отдельные фермерские хозяйства. А на них по оценкам экспертов приходится около трети всей альтернативной энергетики.

Германия справедливо считается лидером в производстве электричества из возобновляемых источников. Во многом ее энергетика является своеобразным полигоном для выработки перспективных моделей. Установленная мощность ее ветровой и солнечной генерации составляет 80 ГВт. 40 процентов мощностей принадлежит частным лицам, около 10 – фермерам. И только половина – компаниям и государству.

Примерно каждый двенадцатый гражданин Германии является собственником альтернативной энергетической установки. Примерно такие же цифры характеризуют Италию с Испанией. Солнечные энергоустановки подключены к общей сети, таким образом их владельцы одновременно производят и потребляют электроэнергию.

В прежние годы получать альтернативную энергию потребители могли лишь в солнечную погоду, но в настоящее время активно расширяется использование целых комплексов, в которых солнечные батареи дополнены аккумуляторами – традиционными свинцовыми или современными литиевыми. Таким образом появляется возможность накапливать избыточную энергию, чтобы потом ее использовать в темное время суток или же при плохой погоде.

Специалисты оценивают, что подобная связка, позволяет среднестатистической европейской семье, а это четыре человека, сэкономить 60 процентов потребляемой электроэнергии. Тридцатипроцентную экономию дадут непосредственно солнечные батареи, а еще тридцать аккумуляторы.

Экономия значительная, но вот стоимость такой энергии очень высока. Аккумуляторная батарея на шесть КВтч в среднем имеет стоимость 5 000 евро. Если прибавить стоимость установки, обслуживания, выплату налогов и другие расходы, то установка на шесть КВтч обойдется от десяти до двадцати тысяч евро. Теперь же в Германии действует тариф на электричество около 25 центов. Поэтому срок окупаемости альтернативной установки для одной семьи составит около тридцати лет.

Понятно, что ни один аккумулятор не прослужит так долго. Но это справедливо лишь для сегодняшних технологий. По мнению специалистов, стоимость, как аккумуляторных батарей, так и солнечных панелей будет снижаться, а тарифы на электроэнергию увеличиваться. Такой видят перспективы владельцы многих компаний, в частности Google. Именно эта компания является лидером по инвестициям в развитие альтернативной энергетики в США. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, на стоянке у ее центрального офиса установлены солнечные батареи.

В Западной Европе некоторые металлургические заводы и производители цемента заявляют, что в ближайшем будущем готовы к тому, чтобы частично использовать энергию солнечных батарей.

Ряд экспертов предрекают резкий спад спроса на традиционные виды энергоносителей и исчезновение атомной энергетики в обозримом будущем. Вероятно, к таким оценкам прислушиваются и американские энергетические компании. Так, в последние годы в США комиссия, которая регулирует атомную энергетику, не утвердила ни один из проектов АЭС.

Однако, при всех радужных перспективах альтернативная энергетика ставит вопросы, на которые пока нет четких ответов. Одна из основных проблем состоит в том, что развитие отрасли происходит в основном с колоссальной государственной поддержкой. Именно неопределенность в том, сохраниться ли такое положение в ближайшие годы, и вызвало падение интереса инвесторов в США, о котором писалось ранее. Та же картина наблюдается и в Италии, правительство которой урезало «зеленые» тарифы, чтобы сократить дефицит бюджета.

Германия производит около четверти всей электроэнергии, используя альтернативные источники, и даже экспортирует ее. Проблема состоит в том, что эта энергия имеет приоритет для поступления на рынок. А это уже дискриминирует традиционных поставщиков, ущемляет их экономические интересы. Государство дотирует производство по альтернативной технологии, но деньги для дотаций берутся за счет повышения тарифов. Примерно 20% стоимости электроэнергии для немцев – это и есть переплата.

Чем больше производится «зеленой» электроэнергии, тем сложнее выживать традиционным энергетическим компаниям. Их бизнес в Германии уже сегодня находится под угрозой. Крупные энергопроизводители, вкладываясь в альтернативную генерацию, сами попали в собственную ловушку. Большая доля «зеленой» электроэнергии уже обрушила оптовые цены.

Солнечные батареи, ветровые установки не могут выдавать энергию в пасмурные дни, при отсутствии ветра, поэтому отказаться от тепловых электростанций пока нереально, но в связи с приоритетом альтернативной электроэнергии, генерирующие мощности ТЭЦ вынуждены простаивать при солнечной погоде и в ветреные дни, а это увеличивает себестоимость их собственной генерации и сказывается на потребителях.

Рассуждая об альтернативной электроэнергии, обосновывая ее экономичность в будущем, обычно оперируют только стоимостью самих установок. Но для того, чтобы вся энергетическая система работала, и потребитель получал электроэнергию без перебоев, необходимо держать наготове традиционные мощности, которые в результате будут загружены лишь на пятую часть от своих генерирующих мощностей, а это дополнительные расходы. Плюс к этому, необходимо кардинально модернизировать электросеть, сделать ее «умной», чтобы обеспечить перетекание в ней электроэнергии на новых принципах. Все это требует многомиллиардных инвестиций, и пока не совсем ясно, за счет кого они возьмутся.

В прессе альтернативная энергетика подается практически беспроблемной отраслью, сулящей в будущем получение дешевой и экологически чистой в производстве электроэнергии, но серьезный бизнес понимает риски, связанные с ней. Государственная поддержка не слишком надежный источник финансирования, делать на него ставку рискованно. Такой «родник» может пересохнуть в любой момент.

И еще одна существенная проблема. Солнечные и ветровые установки требуют отчуждения огромных площадей земли. Если для условий Соединенных Штатов это не большая проблема, то Западная Европа густо заселена. Поэтому крупных проектов, связанных с альтернативной энергетиков пока не осуществляется.

Энергокомпании, стремясь свести риск к минимуму, инвестируют совместно с различными фондами, в том числе, пенсионными, страховыми компаниями. Но даже в Германии все осуществляемые проекты не масштабные, а точечные. Опыта создания и продолжительной эксплуатации больших генерирующих мощностей в мире до сих пор нет.

Пока проблемы альтернативной энергетики, ее риски обсуждаются в основном экспертами, а потому не представляются обществу актуальными. Энергетика, как и всякая другая сложная, разветвленная и устоявшаяся система, имеет большую инерцию. И лишь годы развития какой-либо новой тенденции способны сдвинуть ее с места. По этой причине, скорее всего, развитие альтернативной энергетики будет все же происходить с государственной поддержкой и иметь режим максимального благоприятствования.

Все активнее ведет себя в США «зеленое» лобби. Даже серьезные исследователи делают ставку на альтернативную энергетику. Так, согласно отчету Стэнфордского университета штат Нью-Йорк уже к 2030 году может полностью удовлетворить потребности в электроэнергии за счет солнечных и ветровых установок. При этом в отчете указывается, что, если грамотно расположить их по территории штата, то нет необходимости поддерживать в резерве работоспособные тепловые генерирующие мощности. Правда, совсем отказаться от традиционной энергетики авторы отчета не предлагают.

Альтернативная энергетика уже перестала быть экзотикой, она реально существует. Понятно, что по мере ее развития количество связанных с ней проблем будет лишь нарастать.

Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.

В этой статье мы рассмотрим несколько самых перспективных, на взгляд современных ученых, идей, на которых будет строиться энергетика будущего.

Солнечные станции

Люди издавна задумывались над тем, возможно ли Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.

Естествоиспытатели проводили множество опытов, которые доказывали, что солнца на земле возможно. Однако солнечная батарея, которая превращала бы солнечную энергию в механическую, появилась сравнительно недавно, в 1953 году. Ее создали ученые из Национального аэрокосмического агентства США. Уже в 1959 году солнечную батарею впервые применили для оснащения космического спутника.

Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего?

С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.

Экономическая сторона вопроса здесь тоже присутствует: любой бюджет сильно пострадает, если на него будет возложена задача перевести целый город (или всю страну) на солнечные батареи. Казалось бы, можно обязать жителей городов выплачивать некоторые суммы на переоснащение, но в таком случае недовольны будут они, ведь если бы люди готовы были бы пойти на такие траты, они уже давно сделали бы это сами: возможность купить солнечную батарею есть у каждого.

Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать "экологичные" солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и "неэкологичной" энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.

Ветер

Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них - ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы "висеть" в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.

Приливы и волны

Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество.

Проект "Устрица" — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон.

Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии.

Использование несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.

Энергия человека

Одним из самых фантастических проектов в нашем списке можно назвать использование энергии живых людей. Звучит ошеломляюще и даже несколько ужасающе, но не все так страшно. Ученые лелеют мысль о том, как использовать механическую энергию движения. Речь в этих проектах идет о микроэлектронике и нанотехнологиях с низким энергопотреблением. Пока звучит как утопия, реальных разработок нет, но идея весьма интересная и не покидает умы ученых. Согласитесь, весьма удобны будут устройства, которые подобно часам с автоматической подзаводкой, будут заряжаться от того, что по сенсору проводят пальцем, или от того, что планшет или телефон просто болтается в сумке при ходьбе. Не говоря уж об одежде, которая, наполненная разными микроустройствами, могла бы преобразовывать в электричество энергию движения человека.

В Беркли, в лаборатории Лоуренса, например, ученые попытались воплотить в жизнь идею о том, чтобы использовать вирусы для давления в электричество. Небольшие механизмы, работающие от движения, так же имеются, однако пока что на поток подобная технология не поставлена. Да, с глобальным энергетическим кризисом подобным образом не справиться: скольким же людям придется "крутить педали", чтобы заставить работать целый завод? Но как одна из мер, применяемых в комплексе, теория вполне жизнеспособна.

Особенно подобные технологии будут эффективны в труднодоступных местах, на полярных станциях, в горах и тайге, среди путешественников и туристов, у которых не всегда есть возможность зарядить свой гаджет, а вот оставаться на связи важно, особенно если группа попала в критическую ситуацию. Как много всего можно было бы предотвратить, если бы у людей всегда было надежное устройство связи, не зависящее "от розетки".

Топливные ячейки водорода

Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо.

Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров.

Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.

Тепло земли

Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого "озера" магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество.

Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие "хранилища" магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.

Использование ядерных отходов

Атомная энергетика, в свое время, произвела настоящий фурор. Так было до тех пор, пока люди не осознали всю опасность этой отрасли энергетики. Аварии возможны, от подобных случаев никто не застрахован, но они весьма редки, а вот радиоактивные отходы появляются стабильно и до недавнего времени ученые не могли решить эту проблему. Дело в том, что стержни урана — традиционное "топливо" АЭС, может быть использовано только на 5 %. После выработки этой небольшой части, весь стержень отправляется на "свалку".

Ранее применялась технология, при которой стержни погружались в воду, которая замедляет нейтроны, поддерживая устойчивую реакцию. Сейчас вместо воды стали использовать жидкий натрий. Эта замена позволяет не только использовать весь объем урана, но и переработать десятки тысяч тонн радиоактивных отходов.

Избавить планету от отходов атомной энергетики важно, но в самой технологии есть одно "но". Уран относится к ресурсам, и его запасы на Земле конечны. В случае если всю планету перевести исключительно на энергию, получаемую от АЭС (к примеру, в США АЭС производят лишь 20% всего потребляемого электричества), запасы урана будут истощены довольно быстро, и это снова приведет человечество на порог энергетического кризиса, так что атомная энергетика, пусть и модернизированная, только временная мера.

Растительное топливо

Еще Генри Форд, создав свою "Модель Т", рассчитывал, что она уже будет работать на биотопливе. Однако в то время были открыты новые нефтяные месторождения, и нужда в альтернативных источниках энергии отпала еще на несколько десятков лет, но теперь снова возвращается.

За последние пятнадцать лет использование растительных видов топлива, таких как этанол и биодизель, возросло в несколько раз. Их используют как самостоятельные источники энергии, так и в качестве добавок к бензину. Некоторое время назад надежды возлагались на особую просяную культуру, получившую название "канола". Она совершенно непригодна в пищу ни для людей, ни для скота, однако обладает высокими показателями масличности. Из этого масла и стали производить "биодизель". Но эта культура займет слишком много места, если попытаться вырастить ее столько, чтобы обеспечить топливом хотя бы часть планеты.

Теперь ученые заговорили об использовании водорослей. Их масличность около 50 %, что позволит так же легко извлекать масло, а отходы можно превращать в удобрения, на основе которых будут выращиваться новые водоросли. Идея считается интересной, но свою жизнеспособность пока что не доказала: публикация об успешных экспериментах в этой области пока не опубликовано.

Термоядерный синтез

Будущая энергетика мира, по мнению современных ученых, невозможна без технологий Это, на данный момент, самая перспективная разработка, в которую уже вкладывают миллиарды долларов.

В используется энергия деления. Она опасна тем, что есть угроза возникновения неуправляемой реакции, которая уничтожит реактор, и приведет к выбросу огромного количества радиоактивных веществ: пожалуй, все помнят аварию на Чернобыльской АЭС.

В реакциях термоядерного синтеза, что следует из названия, используется энергия, выделяемая при слиянии атомов. В результате, в отличие от атомного деления, не образуется никаких радиоактивных отходов.

Главной проблемой является то, что в результате термоядерного синтеза образуется вещество, имеющее настолько высокую температуру, что может уничтожить весь реактор.

Будущего — реальность. И фантазии здесь неуместны, на данный момент на территории Франции уже началась постройка реактора. Несколько миллиардов долларов вложено в экспериментальный проект, который профинансирован многими странами, в число которых, помимо ЕС, входят Китай и Япония, США, Россия и другие. Изначально первые эксперименты планировалось запустить уже в 2016 году, однако расчеты показали, что бюджет слишком мал (вместо 5 миллиардов потребовалось 19), и запуск перенесли еще на 9 лет. Возможно, через несколько лет мы увидим, на что способна термоядерная энергетика.

Проблемы настоящего и возможности будущего

Не только ученые, но и писатели-фантасты, дают множество идей для воплощения технологии будущего в энергетике, однако все сходятся на том, что пока что ни один из предложенных вариантов не может произвести полное обеспечение всех потребностей нашей цивилизации. К примеру, если все автомобили в США будут ездить на биотопливе, полями канолы придется засадить территорию, равную половине всей страны, без учета того, что земель, пригодных для земледелия в Штатах не так уж много. Более того, пока что все способы производства альтернативной энергии - дороги. Пожалуй, каждый из простых городских жителей, согласен, что важно использовать экологически чистые, возобновляемые ресурсы, однако не в случае, когда им озвучивают стоимость такого перехода на данный момент. Ученым предстоит еще много работать в этой сфере. Новые открытия, новые материалы, новые идеи - все это поможет человечеству успешно справиться с назревающим ресурсным кризисом. Решить планеты можно только комплексными мерами. В некоторых областях удобнее применять добычу энергии с помощью ветра, где-то - солнечные батареи, и так далее. Но, возможно, главным фактором станет снижение энергопотребления в целом и создание энергосберегающих технологий. Каждый человек должен понимать, что несет ответственность за планету, и каждый должен задать себе вопрос: "Какую энергетику я выбираю для будущего?" Прежде чем перейти на другие ресурсы, каждый должен осознать, что это действительно необходимо. Только при комплексном подходе удастся решить проблему энергопотребления.

Перспективы использования альтернативных источников энергии

Традиционные источники энергии становятся неактуальными. Множество причин заставляет человечество отказываться от них. Сегодня основное внимание направлено на альтернативные способы, уже применяющиеся на практике и планируемые на будущее. Исследования продолжаются, поэтому наука движется вперёд, не останавливаясь на достигнутых результатах. Сейчас можно оценить некоторые достижения, уже давшие первые результаты, чтобы понять, насколько выгодными станут новые направления через несколько лет.

Альтернативная энергия продолжает распространяться. Причиной являются её явные преимущества перед традиционными источниками, которые сложно опровергнуть. В некоторых странах правительство ведёт сложные государственные программы с колоссальными денежными вложениями для постепенной замены, но пока результаты остаются незначительными.

Какие основные виды можно выделить?

• Энергия молнии;
• Энергия атома.

Бесконечные исследования позволяют сопоставить возможности, предлагаемые природой. Человечество продолжает искать новые направления, которые в будущем наверняка превратятся в идеальную замену традиционных источников. Подробное описание даст общую информацию, а также укажет, какие виды уже нашли применение в повседневной жизни населения планеты.

Энергия солнца используется человеком давно. Первоначальные попытки делались в древние времена, когда посредством направленного луча люди зажигали дерево. Современные способы основываются на использовании больших площадей батарей, собирающих потоки для последующей обработки и накопления в аккумуляторах.

При помощи такой энергии летают все космические станции и спутники. На орбите доступ к звезде открыт, но и на Земле некоторые страны активно пользуются новым источником. Одним из примеров являются целые «поля» батарей, обеспечивающие небольшие городки. Хотя намного интереснее рассмотреть новые небольшие автономные источники, где площадь поверхности не превышает крыши маленького дома. Они устанавливаются в частном порядке по всему миру, чтобы осуществлять отопление без лишних затрат.

Энергия ветра используется человечеством испокон веков. Лучшим примером этого являются парусники, двигающиеся за счёт постоянного воздушного потока. Теперь научные исследования позволили создать специальные генераторы, обеспечивающие электричеством целые города. Причём они работают по двум принципам:

• Автономно;
• Параллельно с основной сетью.

В обоих случаях удаётся постепенно заменять традиционный источник, сокращая пагубное воздействие на окружающую среду. Сейчас можно оценить достигнутые результаты, подтверждающие правильность выбора. Данные подсказывают, что в Дании 25% получаемой энергии приходится именно на ветряные электростанции. Многие страны стараются постепенно перейти на новые источники, но это возможно только на открытых пространствах. Из-за чего в отдельных районах использование лучшего варианта остаётся недоступным.

Энергия воды остаётся незаменимой. Раньше она применялась на простых мельницах и кораблях, а сейчас огромные турбинные ГЭС поставляют электричество в целых регионах. Последние разработки предлагают человечеству познакомиться с фантастическим будущим, которое будет построено на новейших источниках. Какие альтернативы уже используются странами?

• Приливные электростанции;
• Волновые электростанции;
• Микро и мини ГЭС;
• Аэро ГЭС.

Приливные электростанции используют энергию приливов. Их высота и мощь зависит от воздействия Луны, поэтому стабильность подачи остаётся некоторой проблемой. Хотя во Франции, Индии, Великобритании и нескольких других государствах проект воплощён в жизнь и успешно используется в качестве незаменимой поддержки.

Волновые электростанции строятся на берегах океанов, где мощь регулярных ударов о побережье превышают мыслимые пределы. В этом случае ограничением становится недостаточная сила. Она не позволяет получить достаточное количество энергии.

Микро и мини ГЭС подходят для узких горных рек. Их небольшие размеры позволяют свободно найти время, а их мощность подходит для обеспечения маленьких поселений. Опытные модели проверены, поэтому сейчас строятся действующие объекты, обладающие неплохими показателями.

Аэро ГЭС – новейшая технология, которая пока ещё проходит проверку. Она основана на конденсации влаги из атмосферы. Действующие установки пока остаются призрачной мечтой, но есть определённые показатели, подтверждающие целесообразность вложения денежных средств в разработки.

Геотермальная энергия остаётся распространённой. Такой альтернативный источник используется несколькими различными способами. Он остаётся одним из самых интересных для определённых регионов, поэтому отказ от неё не имеет смысла. Единственной проблемой является высокая стоимость установок, что ограничивает их количество. Какие варианты возможны?

• Тепловые электростанции;
• Грунтовые теплообменники.

Энергия молнии

Энергия молнии – новое веяние. Это направление только начинает разрабатываться, но учёные утверждают, что есть возможность использования доступных гигаватт. Они теряются впустую, уходя в грунт. Американская компания приступила к исследованиям, которые ориентированы на создание специальных установок для улавливания гроз.

Энергия молнии – мощный источник, способный обеспечить электроэнергией крупный район мегаполиса. Ориентировочные денежные затраты на строительство должны окупаться в течение 5─7 лет, так что целесообразность подобных вложений остаётся неоспоримой. Остаётся только дождаться окончания исследований для внедрения новой технологии в широкий обиход.