Энергия биомассыОна представляет собой энергию, получаемую при помощи различных технологий из органических бытовых и сельскохозяйственных отходов, отходов деревообрабатывающей и пищевой промышленности. Биомасса — древнейший источник энергии, однако до недавнего времени ее сжигали либо в открытых очагах, либо в печах и топках, с весьма низким КПД. В последние годы внимание к эффективному энергетическому использованию биомассы существенно возросло.
В США в 1990 году благодаря использованию биомассы был произведен 31 миллиард кВт/ч электроэнергии, а из твердых бытовых отходов — еще 10 миллиардов кВт/ч. На 2010 год планируется выработать соответственно 59 и 54 миллиардов кВт/ч. Серьезной проблемой является энергетическое использование мусоросжигающих установок: во многих странах мира они малоэффективны и неудовлетворительны с точки зрения экологии. Поэтому разработка новых схем использования твердых бытовых отходов весьма актуальна.
Особенно остро проблема эффективного использования биомассы стоит для развивающихся стран, прежде всего тех, для которых биомасса является единственным доступным источником энергии. В некоторых странах, прежде всего африканских, леса вырубаются на дрова для приготовления пищи, что представляет угрозу как для местного, так и для глобального климата. Необычная программа была запущена в Бразилии: из отходов сахарного тростника вырабатывали метанол, применяемый как моторное топливо для автотранспорта. Однако такие проекты подходят для стран с соответствующим климатом. В Китае и Индии получили распространение малые биогазовые установки, которые перерабатывают отходы в газ для бытовых нужд одной семьи. Эти аппараты весьма просты в применении, но не совсем совершенны. Для крупных ферм с большим количеством отходов. Однако шире всего используется растительная биомасса, в частности древесина. Применять древесину как источник энергии — идея не новая. Она существовала во время первого нефтяного кризиса в 1970-х годах и недавно была вновь принята во Франции. При сжигании нужны более эффективные установки. Поэтому обогреваться от огня в камине — значит, уменьшать выбросы газа, дающего парниковый эффект. Такое отопление в два раза дороже газового, но когда ископаемые энергоносители станут очень дорогими, люди будут вынуждены использовать древесину. Это не выход из ситуации: вырубленные леса не всегда восполняются, и «нетрадиционная» энергетика предлагает другие направления.
Энергия Солнца
Энергия Солнца используется как путем прямого преобразования в электрическую на фотоэлектрических установках (солнечных батареях), так и через гелионагревательные установки (солнечные коллекторы) для горячего теплоснабжения. Ежегодно в мире устанавливаются новые фотоэлектрические системы общей мощностью 200 МВт, Площадь солнечных водонагревателей в мире превысила 21 000 000 квадратных метров.
У ученых существует специальное понятие — гелиоэнергетика. То, что мы все привыкли называть солнечными батареями, — это набор соединенных между собой элементов, которые могут преобразовывать солнечную радиацию в электричество.
Так, в самой богатой европейской стране действует программа «За энергонезависимую Швейцарию»: построено более 2600 гелиоустановок на фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт, что позволяет значительно уменьшить расходы на импорт электричества.
Недавно специалисты Института физической электроники при университете в городе Штутгарт (Германия) разработали новую технологию: синтетические волокна под воздействием света генерируют электрический ток, силы которого достаточно для питания устройств небольшой мощности. Например, рубашка, сшитая из такого материала, может питать карманный компьютер или сотовый телефон. Эту ткань можно стирать, и она не потеряет своих качеств.
Химики из Университета Беркли в Калифорнии (США) — нашли способ производства дешевых солнечных батарей из полимерных пленок. Они отличаются от своих «кремниевых собратьев» особой гибкостью, так что их можно наносить на любые материалы. В общем, в ближайшее время мы сможем пользоваться недорогими, гибкими и легкими солнечными батареями из нового материала с высоким КПД. Скоро от солнечного света можно будет питать электричеством всю бортовую аппаратуру.
Энергия ветра
Если раньше человек использовал энергию ветра только для водоподъемных устройств и вращения лопастей мельниц, то современные ученые обнаружили в недрах Земли запасы энергии, которую выносят на поверхность геотермальные воды. Тепло земных глубин используется на специальных станциях для выработки электричества, а также для обогрева домов и теплиц. Например, в Исландии ветер научили вырабатывать электричество. Серийно выпускаются сотни видов ветроустановок — от миниатюрных для автономного электроснабжения ферм до промышленных — стометровых гигантов, которые образуют «ветропарки» на побережьях.
Сегодня мощность ветроустановок во всем мире составляет 17 000 МВт, а ежегодный оборот ветроиндустрии — 1,7 миллиардов долларов с ежегодным ростом около 30%.
Энергия недр
В недрах Земли существуют запасы энергии, которую выносят на поверхность геотермальные воды. Тепло земных глубин используется на специальных станциях для выработки электричества, а также для обогрева домов и теплиц. Например, Исландия, имеющая меньшие запасы геотермальных вод, чем российская Камчатка, обеспечивает 100% своего теплоснабжения и большую часть электроснабжения именно благодаря такому способу.
Мощность мировых геотермальных электростанций составляет 8000 МВт, а тепловых установок — 17 175 МВт. Теплонасосные установки, способные использовать даже незначительную разницу температур между поверхностью земли и небольшими глубинами, могут применяться повсеместно. В мире их функционирует несколько миллионов.
Энергия воды
Строительство малых и микро ГЭС (МГЭС) в отличие от крупных не приводит к затоплению больших территорий. МГЭС не перегораживают русел и могут строиться на реках, где водятся проходные виды рыб. Общая мощность МГЭС в мире — 70 000 МВт. В России потенциал МГЭС используется только на 0,5%. Из-за государственной политики укрупнения предприятий энергетики число малых ГЭС сократилось с 5000 в 1950-х годах до 300 в 1990-х годах.
Недавно японские ученые предложили установку которой можно одновременно опреснять воду и получать электричество. В этой системе используется разница температур на поверхности и в глубинах океана. Специалисты планируют приступить к строительству экспериментальной станции у побережья Республики Палау. Ее работы будет вполне достаточно для того, чтобы удовлетворить потребности в питьевой воде и электричестве всех 20 000 граждан республики.
Технология проста в применении: холодная вода поступает из придонных областей в камеру у поверхности океана, где нагревается с выделением аммиачного газа. Полученный газ приводит в действие электрогенератор, и одновременно нагретая вода поступает в отдельную камеру, в которой поддерживается низкое давление. Благодаря этому вода закипает даже при низких температурах. Выделяющийся пар затем конденсируется и превращается обратно в воду — только уже пресную. Аналогичная установка, которая вырабатывает не пресную воду, а уже электричество, скоро будет запущена у берегов Индии.
В России потенциал возобновляемой энергетики очень велик. По оценкам Минэнерго РФ, экономический потенциал составляет 270 миллионов тонн условного топлива в год — более 25% всей потребляемой в стране энергии. Сегодня строятся и восстанавливаются МГЭС в Башкирии, на Алтае, в Ленинградской области, Карелии, Дагестане. Во многих регионах работают установки по переработке в биогаз куриного помета.
А каким ценным энергетическим сырьем могли бы стать опилки, в которые превращается 50-70% срубаемых в России деревьев... Но самый большой энергоресурс а нашей стране сегодня — это энергосбережение. По оценкам Института энергетических исследований РАН, потенциал энергосбережения составляет 40-45%,
Возобновляемая энергетика может быть не только экологически, но и экономически эффективна. В районы Крайнего Севера и Дальнего Востока ежегодно завозится 8 миллионов тонн жидкого и 25 миллионов тонн твердого топлива, причем транспортные расходы увеличивают его стоимость в два раза. Но ведь эти районы располагают громадным потенциалом ветровой, гидро- и геотермальной энергии... Во всем мире применяются меры к стимулированию развития таких источников: в Норвегии и Швеции разворачивается программа «Зеленое электричество», когда потребитель сам может выбирать вид источника энергии, действует «экологический налог» на сжигание ископаемых видов топлива.
