Наше будущее. Роботы уже среди нас

Ветроэнергетика

Энергию ветра человек научился использовать давно. Это и парусники, и ветряные мельницы. В некоторых районах ветровая энергия использовалась для подъема воды.

В настоящий момент бурно развивается ветровая энергетика. Лидером в этом направлении является США, далее за ней следуют страны ЕС. В целом в Европейском союзе ветровая электрогенерация опередила угольную и нефтяную, и уступает лишь производству энергии из природного газа.

Высокие темпы прироста ветрогенерации в первую очередь компенсируют общий прирост потребности Европы в электроэнергии. Также происходит значительное замещение доли энергии, вырабатываемой из угля и атома. Если тенденция продолжится, а она с высокой вероятностью сохранится, то через некоторое время ветровая и солнечная энергетика Европы начнет замещать энергию, вырабатываемую из нефтепродуктов. Но говорить о замещении генерации электроэнергии из природного газа еще очень рано, поэтому у наших газовиков есть время адаптироваться к меняющемуся миру. В отличие от нефтяников, по которым уже прозвенели колокола, и жители Ханты-Мансийского автономного округа ищут себе прибежище в других регионах страны.

Особенно бурно ветровая энергетика развивается в прибрежных районах, где дуют постоянные ветры, поэтому ветрогенерация успешно развивается практически во всех странах Европы.

С 1 января 2018 г. все аэропорты Нидерландов перейдут на энергию ветра. Государственная железнодорожная компания NS c 2017 г. полностью перешла на возобновляемые источники энергии. В собственности Нидерландов находится вторая по мощности морская ветровая электростанция Gemini, которая находится в Северном море. Общая мощность 150 турбин составляет 600 МВт.

В РФ высоким ветроэнергетическим потенциалом обладают территории, прилегающие к Баренцеву и Карскому морю, а также северные районы Камчатки. В отличии от солнечной энергетики ветровая у нас развивается крайне слабо. Хотя, конечно, и солнечная находится в зачаточном состоянии. Чему причиной является наличие огромных дешевых запасов газа и нефти. Плюс наша элита боится развивать новые технологии, ибо трансформация экономики приведет к их гибели. Проще и безопасней паразитировать на углеводородном богатстве, а для самоуспокоения придумываются сказки, что альтернативные источники энергии бесперспективны.

До 2020 г. в России планируется ввести порядка 10 ветряных электростанций, самой крупной из которых станет Пилотная ВЭС в Краснодарском крае. Её плановая мощность – 460 МВт или в 14 раз меньше, чем мощность Саяно-Шушенской ГЭС. Компания Фортум планирует построить Ветропарки в Ростовской (300 МВт), Ульяновской (236 Мвт), Мурманской области (150 Мвт), Краснодарском (150 Мвт), Ставропольском крае (64 Мвт), Татарстане (100 МВт). В целом мощность всех электростанций в России составляет 257 000 МВт, поэтому вновь вводимые ветряные станции существенным образом не изменят энергетический баланс страны.

Несомненным преимуществом ветряной энергетики является её независимость от времени суток. Однако уровень генерации зависит от движения воздушных масс, которые часто нестабильны.

По мнению европейских энергетиков, ночью, когда потребление электроэнергии резко снижается, в ветряки продолжаю работать, излишки энергии можно направлять на охлаждение на один градус существующих холодильников. Днем в свою очередь стоит немного повышать температуру в холодильниках. Иными словами, где-то находящиеся вдалеке холодильники могут выступать компенсаторами потребления электроэнергии.

Также среди недостатков стоит отметить наличие шума и использование больших площадей территории. Некоторые экологи отмечают, что массовое использование ветровой энергии способно влиять на климат, ибо оно препятствует свободному перемещению воздушных масс.

Биоэнергетика

На первых этапах своего развития человек преимущественно использовал в виде топлива дрова и разную ветошь, иными словами, биотопливо. Во многих странах и сейчас данный вид топлива в приоритете. Даже у нас, если отъехать 200 км от Москвы, то можно спокойно наблюдать, как в деревнях топят простыми дровами.

В местностях, где не произрастали деревья, часто топили кизяками. Это тоже некий вид биотоплива.

В 1930-е года в СССР в качестве топлива для самоходных машин также часто использовали дрова. С развитием электроэнергетики стали появляться торфяные электростанции.

В настоящий момент происходит некоторый ренессанс биотоплива, что обусловлено как дороговизной традиционных энергоресурсов, так и борьбой в защиту окружающей среды. Естественно, в развитых странах в качестве биотопливо не используются или практически не используются дрова. Основной упор делается на переработку отходов жизнедеятельности человека, домашних животных, также выращиваются некоторые виды культур.

Структура производства биотоплива по основным странам представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1.1 – Структура производства биотоплива по странам

Лидерство по использованию биотоплива принадлежит США, где активно развиваются технологии по переработке отходов. Также в этой стране для производства биотоплива активно выращивается кукуруза. Второе место принадлежит Бразилии, где практически все машины ездят на этаноле, который вырабатывается из сахарного тростника.

Перспективным направлением развития биоэнергетики считается выращивание специальных водорослей. Это не требует отвлечения значительных земельных ресурсов. Часто водоросли выращиваются в водоемах, которых выступают охладителями для тепловых электростанций. С 1 га таких угодий в год можно собрать до 100 т водорослей.

Среди широко распространенного вида биотоплива стоит отметить биогаз, который получается в результате разложения биомассы под воздействием бактерий класса метаногенов. Мировым лидером по производству биогазов является Китай. В Европе данная технология активно развивается в Германии.

Крупные агрохолдинги уже сейчас строят электростанции, работающие на отходах от животноводства и растениеводства. Это позволяет им существенно экономить на счетах по электричеству.

Российская Федерация является крупнейшим экспортером топливных пеллет, производимых из соломы и остатков древесины. Данная продукция широко востребована в Европейском союзе. Генерация электроэнергии из бытовых отходов у нас практически отсутствует. В лучшем случае их сжигают, но, как правило, просто складируют на свалки. Через некоторое время эти залежи могут быть использованы в качестве топлива.

Развитие биоэнергетики решает важную задачу – переработку сельскохозяйственных и отходов жизнедеятельности человека. Поэтому государства субсидирует данное направление энергетики. В ближайшее будущее новые технологии биоэнергетики дойдут и до развивающихся стран, что положительно отразится на окружающей среде.

Геотермальная энергия

К геотермальной энергии относят глубинное тепло Земли, которое является потенциальным источником для электро- и теплоснабжения. Данные источники можно классифицировать на три вида:

1.Термальные воды и пары в подземных коллекторах.

2. Тепло, аккумулированное в горных породах.

3. Тепло вулканов.

В районах, где активны вулканы, подземная вода нагревается и часто выходит на поверхность в виде гейзеров. Для использования этой тепловой энергии бурятся специальные скважины.

В основном данная энергия используется для отопления зданий и сооружений. Как источник для выработки электроэнергии используется довольно редко.

Геотермальная энергия активно используется в США, Японии, Исландии, Италии, Франции, Новой Зеландии, Китае и прочих странах.

Интересен опыт Исландии, где 90% домов отапливается от геотермальных источников. Само государство находится на вулканическом плато, что позволяет использовать тепло Земли.

Правительство Исландии активно поддерживает инновационные разработки использования геотермальной энергии. Самая крупная геотермальная станция имеет мощность по электроэнергии в размере 300 МВт, по теплу – 400 Мвт. Кроме геотермальной энергетики в этой островной стране активно развивается гидроэнергетика, что позволяет генерировать 90% энергии из возобновляемых источников.

В США в 116 км к северу от Сан-Франциско находится крупная группа геотермальных станций общей мощностью 1517 МВт. Американское правительство активно поддерживает геотермальную энергетику, как один из видов альтернативной энергии.

В Российской Федерации большие объемы термальных вод есть в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Ставропольском и Краснодарском краях, Камчатке. Примерно 30% электроэнергии на Камчатке вырабатывается на геотермальных источниках (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мутновская ГеоЭС).

Установленная мощность геотермальных электростанций по странам мира за 1990—2010 г. отражена в таблице ниже.

Таблица 1.1 – Установленная мощность геотермальных электростанций

За анализируемый период установленная мощность геотермальных электростанций увеличилась на 4885 МВт или на 83,8%. Наибольший прирост пришелся на Индонезию (+1052 МВт), Филиппины (+1013 МВт), Исландию (+530 МВт), Японию (+321 МВт), США (+318 МВт).

В структуре производства электроэнергии из геотермальных источников наибольшая доля приходится на США (28,9%), Филиппины (17,8%) и Индонезию (11,2%).

В Российской Федерации установленная мощность геотермальных электростанций увеличилась на 71 МВт, но по величине она значительно уступает другим странам.

Существенным недостатком использования термальных вод является необходимость их возврата обратно в пласт, что обусловлено наличием различных загрязнителей. Выбросы в водоемы могут привести к гибели местной флоры и фауны.

Среди положительных сторон геотермальной энергетики стоит отметить отсутствие колебаний в течение суток и года. Постоянство источников энергии позволяет не использовать вспомогательные генерирующие мощности.

Энергия океанов и морей

Некоторые страны ведут активные исследованию по использованию энергии морей и океанов. Предпочтительными направлениями являются использование энергии приливов, океанских течений и волн.

Приливная электростанция – это, по существу, та же самая гидроэлектростанция, но в которой используется энергия не рек, а морских приливов. Для её строительства необходима сама приливная волна и бассейн, в качестве которого можно применять различные виды ущелий, заливы или устья рек. Плотина отгораживает приливную воду, и она, возвращаясь обратно, приводит в действие турбины. Естественно, чем выше приливная волна, тем мощнее электростанция.

Приливные электростанции могут работать в реверсивном режиме, то есть вырабатывать электроэнергию как при отливе, так и при приливе. Это значительно повышает их мощность. Целесообразно строить подобные электростанции в местах, где волна выше 4 метров. Характеристики существующих приливных электростанций представлены ниже.

Таблица 1.2 – Приливные электростанции

Самая крупная приливная электростанция Сихва находится в бухте Асан, и она использует энергию Желтого моря. Длина дамбы 12,7 км, объем водохранилища 324 млн. м

, высота прилива 7,5 м.