Основные виды энергии

7 место. Распределённая энергетика

Перед тем как рассматривать альтернативные источники энергетики, разберём одну интересную концепцию, которая в перспективе способна изменить структуру энергетической системы.

Сегодня электроэнергия производится на больших станциях, передаётся на распределительные сети и поступает в наши дома. Распределённый подход подразумевает постепенный отказ от централизованного производства электричества. Добиться этого можно посредством строительства небольших источников энергии в непосредственной близости к потребителю или группе потребителей.

В качестве источников энергии могут использоваться:

• микротурбинные электростанции;
• газотурбинные электростанции;
• паровые котлы;
• солнечные батареи;
• ветряки;
• тепловые насосы и пр.

Такие миниэлектростанции для дома будут подключены к общей сети. Туда будут поступать излишки энергии, а при необходимости электросеть сможет компенсировать недостаток питания, например, когда солнечные панели работают хуже из-за облачной погоды.

Однако реализация этой концепции сегодня и в ближайшем будущем маловероятна, если говорить о глобальных масштабах. Связанно это в первую очередь с большой дороговизной перехода от централизованной энергетики к распределённой.

Источники энергии

Подумай!​

Внимательно рассмотри картинки и ответь: «Что пополняет энергию объектов на каждом картинке?»

Виды энергии

Можно сделать вывод, чтобы тела или предметы могли совершать работу как можно дольше, им необходимо пополнять энергию, т.е. использовать источник энергии. Энергия есть во всем, что тебя окружает, начиная от выпечки пирожков и заканчивая полетом в космос.

Источники энергии – это вещества или природные процессы, которые позволяют человеку получать необходимую для существования энергию.

     Главным источником энергии на Земле является Солнце, так как все остальные источники энергии преобразовались и продолжают формироваться благодаря ему. Например, для работы заводов и электростанций необходим каменный уголь, а образовался он из древних растений папоротников, которые выросли благодаря энергии Солнца. Мы с тобой тоже питаемся солнечной энергией, потому что растения, употребляемые нами в пищу, растут благодаря процессу фотосинтеза. Животные, мясо которых мы используем для еды, тоже питаются растениями, т.е. все живое на Земле питается солнечной энергией.

Какая энергия играет главную роль в жизни человека?

Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии

Такие ресурсы, как солнце и ветер, являются возобновляемыми источниками энергии.

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, может только быть преобразована. Это означает, что при подсчете количества энергии в системе это количество всегда будет одинаковым, хотя и по-разному.

Когда мы говорим о возобновляемых или невозобновляемых энергоресурсах, мы действительно имеем в виду источники или ресурсы, из которых люди извлекают энергию.

Уголь и нефть являются ископаемым топливом, в котором химическая энергия сохраняется в связях между атомами углерода. Ископаемое топливо не возобновимо, потому что оно было сформировано миллионы лет назад из доисторических организмов. Эти источники энергии, помимо ограниченного существования, наносят серьезный ущерб окружающей среде.

Наша цель должна заключаться в том, чтобы воспользоваться другими источниками энергии, такими как солнце, ветер, внутреннее земное тепло и океанские волны, которые являются возобновляемыми и не загрязняющими окружающую среду. Вода может использоваться снова и снова благодаря естественному процессу круговорота воды.

Другой аспект, который мы должны принять во внимание, это не тратить энергию. Электрическая энергия вашего дома имеет свою стоимость. Если у вас долгое время открыт холодильник (кстати, почему он открывается с трудом во второй раз) или вы оставили лампы в своей комнате, особенно если вас там нет, вы увеличиваете потребление электроэнергии в своем доме, и это будет оплачиваться вашими родителями. Экономия энергии – это разумное и осознанное использование

4 место. Приливные и волновые электростанции

Традиционные гидроэлектростанции работают по следующему принципу:

1. Напор воды поступает на турбины.
2. Турбины начинают вращаться.
3. Вращение передаётся на генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Строительство ГЭС обходится дороже ТЭС и возможно только в местах с большими запасами энергии воды. Но самая главная проблема – это нанесение вреда экосистемам из-за необходимости строительства плотин.

Приливные электростанции работают по схожему принципу, но используют для выработки энергии силу приливов и отливов.

«Водные» виды альтернативной энергетики включают такое интересное направление, как волновая энергетика. Её суть сводится к генерации электричества посредством использования энергии волн океана, которая гораздо выше приливной. Самой мощной волновой электростанцией на сегодня является Pelamis P-750, которая вырабатывает 2,25 МВт электрической энергии.

Раскачиваясь на волнах, эти огромные конвекторы («змеи») изгибаются, вследствие чего внутри приходят в движение гидравлические поршни. Они прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые в свою очередь вращают электрогенераторы. Полученное электричество доставляется на берег через кабель, который проложен по дну. В перспективе количество конвекторов будет многократно увеличено и станция сможет вырабатывать до 21 МВт.

Биогазовые установки

Газ образуется в результате обработки продуктов жизнедеятельности домашних птиц и животных. Переработанные отходы используются для удобрения почвы на приусадебных участках. Процесс основан на реакции брожения, в котором участвуют бактерии, живущие в навозе.

Самым лучшим источником биогаза считается навоз КРС, хотя для этого также подходят отходы птиц или другого домашнего скота.

Брожение происходит без доступа кислорода, поэтому целесообразно использовать закрытые емкости, которые еще называют биореакторами. Реакция активизируется, если периодически перемешивать массу, для этого используется ручной труд или различные электромеханические приспособления.

Также потребуется поддерживать температуру в установке от 30 до 50 градусов для обеспечения активности мезофильных и термофильных бактерий и участия их в реакции.

Изготовление конструкции

Самой простой биогазовой установкой является бочка с мешалкой, закрывающаяся крышкой. Газ из бочки поступает в резервуар через шланг, в крышке для этой цели проделывается отверстие. Такая конструкция обеспечивает газом одну или две газовые горелки.          

Для получения масштабных объемов газа используется надземный или подземный бункер, который изготавливается из железобетона. Всю емкость целесообразно разделить на несколько отсеков, для того чтобы реакция происходила со сдвигом во времени.

Емкость заполняется массой не полностью, примерно на 20 процентов, остальное пространство служит для скапливания газа. К крышке емкости подсоединяются две трубки, одна отводится к потребителю, а другая к гидрозатвору – емкости, заполненной водой. Это обеспечивает очищение и осушение газа, к потребителю подается газ высокого качества.

Меры поддержки возобновляемых источников энергии

На данный момент существует достаточно большое количество мер поддержки ВИЭ. Некоторые из них уже зарекомендовали себя как эффективные и понятные участникам рынка. Среди таких мер стоит более подробно рассмотреть:

• Зелёные сертификаты;
• Возмещение стоимости технологического присоединения;
• Тарифы на подключение;
• Система чистого измерения;

Зелёные сертификаты

Под зелёными сертификатами понимаются сертификаты, подтверждающие генерацию определённого объёма электроэнергии на основе ВИЭ. Данные сертификаты получают только квалифицированные соответствующим органом производители. Как правило, зелёный сертификат подтверждает генерацию 1Мвт•ч, хотя данная величина может быть и другой.
Зелёный сертификат может быть продан либо вместе с произведённой электроэнергией, либо отдельно, обеспечивая дополнительную поддержку производителя электроэнергии.
Для отслеживания выпуска и принадлежности «зелёных сертификатов» используются специальные программно-технические средства (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS). В соответствии с некоторыми программами сертификаты можно накапливать (для последующего использования в будущем), либо занимать (для исполнения обязательств в текущем году). Движущей силой механизма обращения зелёных сертификатов является необходимость выполнения компаниями обязательств, взятых на себя самостоятельно или наложенных правительством.
В зарубежной литературе «зелёные сертификаты» известны также как: Renewable Energy Certificates (RECs), Green tags, Renewable Energy Credits.

Возмещение стоимости технологического присоединения

Для повышения инвестиционной привлекательности проектов на основе ВИЭ государственными органами может предусматриваться механизм частичной или полной компенсации стоимости технологического присоединения генераторов на основе возобновляемых источников к сети. На сегодняшний день только в Китае сетевые организации полностью принимают на себя все затраты на технологическое присоединение.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ

Основная статья: Зелёный тариф

Накопленный в мире опыт позволяет говорить о фиксированных тарифах как о самых успешных мерах по стимулированию развития возобновляемых источников энергии. В основе данных мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора:

• гарантия подключения к сети;
• долгосрочный контракт на покупку всей произведённой ВИЭ электроэнергии;
• гарантия покупки произведённой электроэнергии по фиксированной цене.

Фиксированные тарифы на энергию ВИЭ могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ. Одним из вариантов системы поддержки на основе фиксированных тарифов является использование фиксированной надбавки к рыночной цене энергии ВИЭ. Как правило, надбавка к цене произведённой электроэнергии или фиксированный тариф выплачиваются в течение достаточно продолжительного периода (10-20 лет), тем самым гарантируя возврат вложенных в проект инвестиций и получение прибыли.

Система чистого измерения

Дополнительные сведения: Система чистого измерения

Данная мера поддержки предусматривает возможность измерения отданного в сеть электричества и дальнейшее использование этой величины во взаиморасчётах с электроснабжающей организацией. В соответствии с «системой чистого измерения» владелец ВИЭ получает розничный кредит на величину, равную или большую выработанной электроэнергии. В соответствии с законодательством, во многих странах электроснабжающие организации обязаны предоставлять потребителям возможность осуществления чистого измерения.

Альтернативный источник энергии: что это и зачем он нужен

По сей день энергетика базируется на отлично разработанных и проверенных путях добычи электричества. Ими являются всем известные ядерные, электро — и гидростанции. Все они работают с применением ресурсов нашей планеты, которые рано или поздно будут исчерпаны, либо задействуют реакции, способные принести непоправимый вред.

В 2017 году процент использования этих ресурсов распределился так:

• 39,3% — уголь;
• 22,9% — природный газ;
• 16% — вода;
• 10,6% — ядерная энергия;
• 4,1% — нефть.

Сегодня эта перспективная сфера проводит поиски веществ и процессов в окружающем мире, способных:

• возобновлять свой ресурс (т.е. быть неисчерпаемыми); 
• представлять полную замену традиционным по качеству;
• быть экономичными;
• не вредить экологии.

Что не так с традиционными источниками энергии?

Уголь, нефть и газ пока не находят себе полной замены в производстве необходимой человечеству энергии. Однако их запасы ограничены и не восстанавливаются. 

Например, для создания нефти и газа наша Земля потратила до 350 миллионов лет, а мы исчерпали их ресурс  с куда большей скоростью.

Около 90% энергии на планете в 2010 году производилось путем сжигания ископаемого и биотоплива из растительного или животного сырья. И до 2040 года доля такого производства не упадет ниже 80%. При этом растет энергопотребление: до 40-го года — на 56%.

Еще в 2012 году ученые обозначили: весь запас газа на планете закончится к 2052 году, а нефть продержится чуть дольше — до 2060 года. То есть уже наши дети могут застать время, когда нефтетанкер или газопровод не пригодятся, а леса будут вырублены.

Вредные выбросы в атмосферу, связанные с продуктами горения и выработкой ядерной энергии, являются уничтожителями озонового слоя и проводниками глобального потепления.

Таким образом, вся современная цивилизация, как бы ни отмахивались от этого политики и нефтедобытчики, стоит перед глобальным вопросом — какой источник энергии заменит традиционные, сохраняя окружающую среду.

Виды энергии

Энергия существует в самых разных видах. Кроме тепловой, световой и энергии звука есть еще химическая энергия, кинетическая и потенциальная. Электрическая лампочка излучает тепловую и световую энергию. Энергия звука передается при помощи волн. Волны вызывают вибрацию барабанных перепонок, и поэтому мы слышим звуки. Химическая энергия высвобождается в ходе химических реакций. Продукты питания, топливо (уголь, нефть, бензин), а также батарей­ки — это хранилища  химической энергии. Пищевые продукты — это склады химической энергии, высвобождающейся внутри организма.

Движущиеся тела обладают кинетической энергией, т.е. энергией движения. Чем быстрее движется тело, тем боль­ше его кинетическая энергия. Теряя скорость, тело теряет кинетическую энергию. Ударяясь о неподвижный объект, движущееся тело передает ему часть своей кинетической энергии и при­водит его в движение. Часть энергии, получаемой с пищей, животные обращают в кинетическую.

Потенциальной энергией обладают тела, находящиеся в силовом поле, например в гравитационном или  магнитном. Эластичные или упругие тела (обладающие способностью вытягиваться) имеют потенциальную энергию натяжения или упругости. Маятник обладает максимальной потенциальной энергией, когда находится в верхней точке. Разворачиваясь, пружина освобождает свою потенциальную энергию и заставляет колёсики в часах вращаться. Растения получают энергию от Солнца и производят питательные вещества — создают запасы химической энергии.

Источники возобновляемой энергии

Возобновляемой энергией считается та, которую извлекают из постоянно происходящих в окружающей среде процессов от неисчерпаемых источников. Её получают из природных ресурсов, источники могут быть разными, такими как:

Энергия ветра

Представляет собой кинетическую энергию воздуха в движении. Ветер наделён энергией и образуется из-за существования неравномерного солнечного нагревания атмосферы (т. е. движение воздуха, появляющееся из-за разницы в атмосферном давлении), вращения земного шара и неровностей поверхности земли.

Скорость ветра выражает сколько кинетической энергии, которую можно трансформировать в электроэнергию или механическую энергию.

Энергия волн

Является энергией, переносимой по поверхности воды от волн. Её используют для добывания электричества, преобразовывается она на специальных волновых электростанциях, установленных в воду.

Энергия приливов и отливов

Эта энергия вырабатывается за счёт силы притяжения Луны и Солнца, т. е. гравитационного градиента или разницы в притяжении Луны и Солнца, которая действует на Землю (её поверхность и центр).

Чтобы преобразовать кинетическую энергию движения воды в электрическую энергию используются приливные электростанции.

Энергия температурного градиента морской воды

Эта энергия вырабатывается за счёт разности температур, которая возникает и на поверхности воды, и на глубине. Её можно применить для электрогенерации.

Преобразование этой энергии осуществляется используя гидротермальные станции, устанавливаемые в особенной океанической акватории.

Гидроэнергия

Это энергия потоков водных масс или генерируемая в результате падения воды. Для этого использовались водяные колёса для преобразования механической энергии, а позднее с развитием технологий, начали применять гидротурбины. Сейчас гидротурбины создают в основном электроэнергию.

Энергия солнечного света

Этот тип энергии достаточно широк в использовании. Ещё идут исследования возможностей применения гелиоустановок (устройство, преобразующее энергию солнца и позволяющее использовать её для другого типа энергии, например тепловую).

На данный момент уже существуют разные способы потребления энергии солнечного света: «солнечные» крыши на частных домах (для тепло- и энергоснабжения), установки на автомобилях (которые заряжают аккумуляторы), большие «солнечные фермы» и другие.

Геотермальная энергия

Это энергия естественного тепла Земли. Широко используется многими странами для теплоснабжения (для обогрева воды, отопления, в промышленности и т. д.) и производства электроэнергии. Её запасы огромны.

Главные типы геотермальной энергии:

• поверхностное тепло Земли (выработано на глубине до нескольких сотен метров);
• магма (полученная от расплавления горных пород);
• гидротермальные системы (резервуары горячей/тёплой воды);
• петрогеотермальные зоны (тепло полученное от сухих горных пород);
• парогидротермальные системы (полученные из месторождения пара и пароводяной смеси).

Биоэнергетика

Энергия из материалов, полученных из биологических источников растительного и животного происхождения, лесного хозяйства и все биологически разлагаемые отходы.

Выработанная энергия может быть использована для тепла, электричества или топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Биоэнергетическое топливо это — этанол, метанол, биодизель и другие.

Электрическая мощность

Электрические батареи превращают химическую энергию в электрическую.

Электричество – это тип энергии, который зависит от притяжения или отталкивания электрических зарядов. Существует два вида электричества: статическое и текущее. Статическое электричество связано с наличием статических нагрузок, т.е. нагрузок, которые не двигаются. Электрический ток происходит из-за перемещение грузов.

Пример статического электричества – когда мы натираем воздушный шарик на волосы. Воздушный шар удерживает электроны от волос, заряжаясь отрицательно, в то время как волосы заряжены положительно. Если вы подойдете к воздушному шарику к своей голове, не касаясь его, вы увидите, как пряди волос тянутся к воздушному шарику.

Электрический ток – это поток зарядов из-за движения свободных электронов в проводнике. Это движение происходит в электрическом поле, то есть в области вокруг заряда, где действует сила. Электрические заряды легко переносятся такими материалами, как металлы, особенно серебро, медь и алюминий.

В батареях или электрических батареях происходит превращение химической энергии в электрическую энергию. Химическая энергия происходит в результате реакции между электродами и электролитом, когда положительный полюс соединен с отрицательным полюсом батареи. Вольт – это единица измерения потенциальной энергии на заряд в батарее.