Энергия воды – источник жизни — Энергетика и промышленность России — № 19 (183) октябрь 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 19 (183) октябрь 2011 года

Один из крупнейших научных центров России в области гидротехнического, энергетического, промышленного строительства и водного хозяйства – ОАО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева» – недавно отметил свой девяностолетний юбилей. С момента основания судьба института была напрямую связана со становлением и развитием отечественной энергетики.

О последних открытиях, о трудностях и главных успехах института и науки в целом рассказывает генеральный директор ОАО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева» Евгений Беллендир.

– Евгений Николаевич, у института богатая история. Расскажите о последних наиболее ярких достижениях.

– Самое яркое достижение последнего времени – это то, что мы перешли в фазу активного роста по целому ряду направлений.

Наш институт задействован практически во всех проектах компании ОАО «РусГидро» – крупнейшей гидроэнергетической компании России.

Среди них как строящиеся (Бурейская, Богучанская, Зарамагские и другие ГЭС), так и эксплуатируемые объекты (Саяно-Шушенская, Камская, Воткинская, Саратовская ГЭС и др.).

У нас произошел скачок в развитии экспериментальной базы и кадрового потенциала. За последние четыре-пять лет мы приняли большое количество молодых сотрудников. Сегодня во ВНИИГ работает более ста двадцати человек моложе тридцати пяти лет, что, конечно, не может не радовать.

Кроме того, у института есть возможность работать не только в гидроэнергетике, но и в других областях. К ним можно отнести некоторые объекты атомной энергетики, такие, как Ленинградская АЭС, Нововоронежская АЭС-2, проекты платформ на шельфе Сахалин-1 и Сахалин-2, Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений и некоторые другие объекты.

Достижением является стремление реализовывать инновационный путь развития. Это новые материалы для возведения и ремонта гидротехнических и энергетических сооружений, это новые конструкции, новые способы исследования (такие, как численное моделирование), а также выход на новые рынки.

– Каковы последние инновации в гидроэнергетике?

– Сегодня новые разработки в гидроэнергетике направлены на решение определенных задач. Прежде всего, мы должны уметь строить быстро и эффективно, а также должны обеспечивать безопасность и надежность строящихся и эксплуатируемых объектов. Поэтому с точки зрения новаций в строительстве можно отметить, в первую очередь, новые материалы и технологии, которые применяются для обеспечения эффективности, надежности и безопасности строительства. Для бетонных сооружений это укатанный бетон и самоуплотняющиеся бетоны. Для грунтовых плотин это грунтовые противофильтрационные элементы, которые могут возводиться достаточно быстро.

Также нельзя упускать из виду вопросы долговечности, оценки состояния как гидротехнических сооружений, так и оборудования. Это новые типы датчиков, измерительных систем, информационно-диагностические системы для сбора и контроля данных, волоконная система и др. По существу, это внедрение и реализация новой системы управления безопасностью и надежностью. Соответственно, к новациям можно отнести и выбор стратегий и тактик для снижения риска и повышения в целом уровня безопасности и надежности сооружения и оборудования станций.

– Евгений Николаевич, что сейчас происходит в сфере образования? Насколько остро стоит вопрос кадров? Как идет подготовка молодых специалистов?

– Мы активно сотрудничаем с вузами, хорошо взаимодействуем с Санкт-Петербургским государственным политехническим университетом (СПбГПУ) и другими петербургскими институтами. Конечно, в первую очередь мы принимаем на работу специалистов, которые так или иначе связаны со строительной специальностью и, безусловно, специалистов в области высоких информационных технологий. К сожалению, выпуск гидротехников-специалистов прекратился. В СПбГПУ есть факультет более широкого профиля – инженерно-строительный, в некоторых университетах имеются специализации, которые привязаны к гидротехническому строительству, гидротехнике, гидроэнергетике. Но этого недостаточно, поэтому специалистов приходится доучивать и повышать их квалификацию.

Надо отдать должное ОАО «РусГидро», которое активно реализует программу по подготовке и переподготовке кадров. В этой программе ВНИИГ принимает активное участие. В институте есть аспирантура и докторантура, у нас работают шестьдесят пять кандидатов и двадцать два доктора наук. Если говорить в целом, то программа, которая реализуется в «РусГидро», является, безусловно, правильным направлением в данной области.

Набор образовательных и подготовительных действий начинается с уровня школы. Будущий специалист должен понимать, что такое возобновляемые источники энергии, что такое гидроэнергетика, что такое приливы и отливы и многое другое. Это создает более благоприятную атмосферу для последующей профессиональной ориентации на уровне уже окончания школы, поступления в институт и выбора своей профессии.

Еще одно направление, которое мы планируем реализовать совместно с ОАО «РусГидро», – это организация внутри компании ротации кадров. Необходимо дать возможность специалистам несколько лет провести на эксплуатируемом объекте, потом вернуться в институт либо переместиться внутри компании, для того чтобы иметь возможность самореализации.

Также некоторые наши специалисты являются преподавателями в СПбГПУ и даже выезжают в филиал Сибирского федерального университета, который находится на Саяно-Шушенской ГЭС, в поселке Черемушки.

– А если брать науку в целом, какие у гидроэнергетики на сегодняшний день существуют проблемы и задачи?

– Если говорить о гидроэнергетике, то здесь остро стоит вопрос внедрения современных технологий, которые позволяют добиться повышения эффективности создаваемых объектов энергетики. Есть варианты, предложения, но пока наши проекты во многих случаях не вписываются в экономические оценки по эффективности, которые сегодня приняты. Безусловно, важный аспект – это использование и развитие возобновляемых источников энергии, таких, как ветровая энергия, энергия приливов, энергия волн, энергия Солнца. В этой области также ведется активная работа, в которой наш институт, безусловно, участвует. В частности, в разных стадиях находятся несколько проектов, которые являются инновационными, интересными и требуют разных подходов.

– Совсем скоро пройдет научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии». Что на этот раз обсудят профессионалы отрасли?

– Конференция стала уже традиционной. На нее съедутся в первую очередь наши коллеги из России, стран СНГ и стран Прибалтики. Для нас конференция – это прежде всего площадка для обмена опытом. Специалисты говорят о достижениях, новых технологиях, о том, что применяют, что может предложить наука. На эту конференцию мы ждем коллег из строительной сферы, в которой сегодня работают высокие профессионалы, имеющие хороший опыт. Ждем специалистов, которые занимаются вопросами эксплуатации, безопасности, мониторинга. У них есть целый набор разработок и предложений от науки по эффективной работе управления безопасностью и надежностью оборудования гидротехнических сооружений. Также мы ожидаем, что на нашу конференцию приедут коллеги из проектных организаций.

В гидроэнергетике есть целый ряд своих особенностей, специ-фика которых должна быть учтена. И площадка для обмена достижениями в этой области тоже очень важна. Также ждем коллег из смежных областей, с которыми мы активно сотрудничаем, таких, как атомная энергетика, сооружения для добычи нефти и газа на шельфе и т. д. Ожидаем специалистов, которые занимаются системами автоматизации технологических процессов.

Все мы понимаем, что учиться надо всегда, а конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» является прекрасным местом, где можно получить значительные знания о мире и окружающей действительности, особенно в тех направлениях, в которых мы работаем.

Энергия воды

 Вода – источник жизни на земле. Это одно из самых уникальных и удивительных явлений на нашей планете, обладающее множеством уникальных свойств, использование которых может быть очень выгодно и полезно для человека. Энергия воды, ровно как и энергия солнца или воздуха, является возобновляемым источником энергии, так необходимым в сложившихся условиях. Все прекрасно понимают, что внутренние Земные ресурсы не безграничны и рано или поздно они закончатся (причем, учитывая постоянно растущий «аппетит» человечества, это произойдет скорей рано, чем поздно). Поэтому проблема поиска альтернативных источников энергии так важна сегодня, а вода предлагает нам одно из решений этой проблемы.
 Итак, энергия воды, пожалуй, одна из первых энергий, которую люди научились использовать в своих целях. Вспомнить хотя бы первые речные мельницы. Принцип их работы прост и в то же время гениален: движущийся поток воды вращает колесо, преобразуя кинетическую энергию воды в механическую работу колеса. По сути все современные гидроэлектростанции работают именно так же. С одним важным дополнением: далее механическая энергия преобразуется в электрическую.

Энергию воды грубо можно разделить на три типа по ее виду, в котором она преобразовывается:
      1. Энергия приливов/отливов. Вообще само явление отлива очень интересно и долгое время оно никак не могло быть объяснено. Большие массивные (и разумеется близкие к Земле) космические объекты, такие как Луна или Солнце, действием своей гравитации приводят к неравномерному распределению воды в океане, создавая «горбы» из воды. Из-за вращения земли начинается движение этих «горбов» и их перемещение к берегам. Но из-за того же вращения Земли, положение океана относительно Луны изменяется, уменьшая тем самым действие гравитации.
      Во время прилива заполняются специальные резервуары, располагающиеся на береговой линии. Резервуары образуются благодаря дамбам. Во время отлива вода начинает свое обратное движение, которое и используется для вращения турбин и преобразования энергии. Важно, чтобы разница высот во время прилива и отлива была как можно больше, иначе подобная станция просто не сможет себя оправдывать. Поэтому приливные электростанции создаются, как правило, в узких местах, где высота приливов достигает хотя бы 10 метров. Например приливная станция во Франции в устье реки Ранее.
Но такие станции имеют и свои минусы: создание дамбы приводит к увеличению амплитуды приливов со стороны океана, а это влечет за собой затопление суши соленой водой. Как следствие – изменение флоры и фауны биологической системы, причем не в самую лучшую сторону.
      2. Энергия морских волн. Несмотря на то, что природа этой энергии весьма схожа с вышеописанной, ее все же принято выделять в отдельную ветвь. Данный вид энергии обладает довольно высокой удельной мощностью (приблизительная мощность волнения океанов достигает 15 кВт/м). Если высота волны будет около двух метров, то это значение может увеличиться до 80 кВт/м.  Разумеется, это идеализированные данные, потому что перевести всю энергию волнения в электрическую не удастся, но все же коэффициент преобразования довольно высок – 85%.
На сегодняшний день использование энергии морских волн не особо распространено из-за ряда сложностей, возникающих при создании установок. Пока эта сфера находится только на стадии экспериментальных исследований.
      3. Гидроэлектростанции. А этот вид энергии стал доступным для человека благодаря совместной «работе» трех стихий: воды, воздуха и, конечно же, солнца. Солнце испаряет с поверхности озер, морей и океанов воду, образуя облака. Ветер перемещает газообразную воду к возвышенным областям, где она конденсируется и, выпадая в виде осадков, начинает стекать обратно к своим первоисточникам. На пути этих потоков ставятся гидроэлектростанции, которые перехватывают энергию падающей воды и преобразуют ее в электрическую. Мощность, вырабатываемая станцией, зависит от высоты падения воды, поэтому на ГЭС стали создаваться дамбы. Они так же позволяют регулировать величину потока. Разумеется создание такого огромного сооружения стоит очень дорого, но ГЭС полностью себя окупает благодаря неисчерпаемости используемого ресурса и свободного доступа к нему.
      У данного типа энергии, по аналогии с остальными, имеются как плюсы, так и минусы. Так же как в случае использования энергии приливов, создание ГЭС приводит к затоплению большой площади и нанесению непоправимого ущерба местной фауне. Но даже с учетом этого обстоятельства можно говорить о высокой экологичности ГЭС: они наносят только локальный ущерб, не загрязняя атмосферу Земли. В попытках уменьшить ущерб, наносимый станциями разрабатываются все более новые методы их работы, постоянно совершенствуется конструкция самих турбин. Одним из предложенных методов стало «накачивание» аккумуляторов. Вода, прошедшая через турбины не утекает дальше, а накапливается в больших резервуарах. Когда нагрузка на ГЭС становится минимальной, за счет энергии атомной или тепловой станции сохраненная вода перекачивается обратно вверх и все повторяется. Этот метод выигрывает как по экологическим, так и по экономическим показателям.
Еще одну очень интересную область придумали эксперты Комиссии по атомной энергетике в Гренобле, Франция. Они предлагают использовать энергию падающего дождя! Каждая падающая капля обладает своим воздействием. Попадая на пьезокерамический элемент, она воздействует на него физически, что приводит к возникновению электрического потенциала. Далее электрический заряд видоизменяется (так же как в микрофонах электрических сигнал преобразуется в колебания). Благодаря многообразию своих форм, вода обладает поистине громадным энергетическим потенциалом.
На сегодняшний день гидроэнергетика уже весьма развита и составляет 25% от мирового производства электроэнергии, а учитывая темпы ее развития можно смело говорить, что она является весьма перспективным направлением.

Ветер, солнце и вода — история зелёной энергетики

Сегодня тема возобновляемых источников энергии (ВИЭ) интересует не только профессионалов, но и обычных людей. О ней много говорят в новостях, а экологи призывают глав стран в кратчайшие сроки перейти на зелёные технологии, чтобы приостановить климатический кризис. Многие страны, включая Европейский Союз, уже начали реализовывать собственные программы зелёного курса, где ВИЭ играют ключевую роль.

Тема ВИЭ вызывает и множество разногласий в самых разных кругах: «Если такая энергия не наносит урона планете, почему мы всё ещё используем уголь, нефть и газ?» или «Я слышал, это очень дорого, нас просто хотят обмануть эти зелёные корпорации».

И если на западе, да и во многих других странах этот этап уже пройден, то для России ВИЭ зачастую воспринимается как что-то новое.

Более того, по мнению скептиков, «новые технологии» ещё не доказали своей эффективности. Но так ли это? 

Новое или хорошо забытое старое

На самом деле возобновляемая энергетика — самый древний и безопасный способ получения энергии. На протяжении веков возобновляемая энергия была единственным доступным источником энергии для жителей Земли, если не брать мускульную силу самого человека и животных. А вот ископаемые источники энергии взяли верх только во время промышленной революции — всё дело в том, что они просто оказались выгоднее на определённом этапе развития цивилизации. Однако в то время никто не предполагал, что уголь, нефть, а затем и газ нанесут непоправимый урон климату планеты буквально за какую-то сотню лет. Так, ископаемое топливо оказалось бомбой замедленного действия, а проверенное веками ВИЭ — на долгие годы ушло на второй план.

Чтобы разобраться во всех тонкостях темы возобновляемой энергетики, мы подготовили для вас серию материалов, первый из которых мы посвящаем истории возникновения ВИЭ. В нём обсудим историю трёх самых широко упоминаемых видов возобновляемой энергетики — солнечной, ветряной и гидроэнергетики, чтобы увидеть, какой огромный путь проделала наша цивилизация в сфере зелёных технологий.

Ветроэнергетика

История ВИЭ — это история больших открытий, начавшихся ещё до начала нашей эры. На протяжении тысячелетий люди искали способы получения энергии новыми способами. Использование человеком ветра берёт своё начало из древности. Давайте вспомним парусные суда Древнего Египта, Греции и других цивилизаций, которые люди использовали ещё 5500 тысяч лет назад. Позже начали появляться мельницы и естественная вентиляция.

Ветряные мельницы веками использовались на Востоке (в Китае, Персии и других странах) и только к X—XII веку перекочевали в Европу, где особое распространение получили на территории современных Нидерландов и ряде других северных стран. В странах с низкими температурами такой способ получения энергии имел серьёзное преимущество перед использованием кинетической энергии воды, которая могла замерзать в зимний период. Мельницы использовали веками без серьёзных модификаций.

Только в 1854 году Дэниел Халладей придумал саморегулирующийся ветряной насос и систему, при которой мельница могла автоматически поворачиваться по направлению ветра. Тогда же деревянные лопасти заменили на металлические.

Поворотным также стал и 1887 год, когда была создана первая в мире ветряная турбина, которую можно было использовать для производства электроэнергии. Шотландский учёный Джеймс Блит использовал её для освещения собственного дома (излишки электроэнергии он даже предлагал жителям своей улицы, но они отказались). Таким образом он стал первым человеком в мире, который автономно обеспечил себя электричеством за счёт энергии ветра. Уже на следующий год первый ветрогенератор появился и в США. Чарльз Браш сконструировал уже более сложный и крупный ветрогенератор, чтобы так же провести электричество в свой дом. Его компания Brush Electric в штате Огайо была продана в 1889 году, а уже в 1892 году объединена с Edison General Electric Company в легендарную компанию General Electric.

В 1891-1895 датский учёный Пол Ля Кур занимался разработкой и усовершенствованием этой технологии представил обществу ветрогенератор, который обеспечивал стабильное напряжение. В дальнейшем он создал прототип электростанции для освещения не одного дома, а уже целой деревни.

В двадцатых годах прошлого века французский учёный Джордж Дарье изобрёл первую вертикальную турбину (в США её запатентовали только в 1931 году). Форма лопастей довольно сильно отличалась от лопастей современных вертикальных турбин. Их ещё называют ортогональными ветрогенераторами.

И уже в 1930-х годах учёные Джо и Марселлус Джейкобс из США открыли первую фабрику по производству и продаже небольших ветряных турбин в Миннеаполлисе — Jacobs Wind (сейчас это самая старая компания в США, которая создаёт оборудование для возобновляемой энергетики). В сельских районах США фермеры использовали их преимущественно для освещения. 

Кстати, предшественником современных ветряков часто называют ялтинский ветряной двигатель, который обладал серьёзной мощностью не только для того времени, но и для сегодняшних дней. Более того, его производительность была весьма близка к той, что показывают современные ветрогенераторы.

В 1941 году была запущена первая в мире ветряная турбина мощностью в один мегаватт (в штате Вермонт, США). Конструкция была подключена к местной электросети. К 1957 году та самая компания Jacobs Wind продала уже 30 000 турбин в самые разные уголки планеты. Но поворотным годом в развитии ветряной энергетики стал 1973 год, когда было объявлено нефтяное эмбарго поставщиками нефти, и цены на нефть взлетели вверх. Это вызвало большой интерес к альтернативным источникам энергии. И уже в 1980 году открылась первая в мире ветряная электростанция на 20 турбин (США).

 В дальнейшем ветряная энергетика развивалась намного стремительнее. К 1980-м годам США при поддержке Национального научного фонда и Министерства энергетики уже проводили серьёзные исследования в области ветрогенерации. Именно в этот период появились новые технологии в постройке ветрогенераторов, а их единичная мощность достигла мегаваттного класса. Этого удалось добиться, изучая аэродинамику ветряных установок. Тогда стало понятно, что получение энергии с помощью ветра может стать по-настоящему масштабным. И уже в 1991 году открылась первая в мире морская плавучая ветряная электростанция в Дании, а в Великобритании береговая ветряная электростанция.

В 2019 энергетическая компания Equinor получила разрешение на строительство крупнейшей в мире плавучей морской ветряной электростанции в районе Тампена в Северном море. Ожидается, что такая электростанция сможет обеспечить электричеством не менее 4,5 млн домов.

Солнечная энергетика

Если ветроэнергетика скорее модифицировалась и совершенствовалась, то с солнечной энергией дела обстоят иначе. Здесь открытия учёных в течение последних десятилетий кардинально изменили способы использования солнечного света. 

Древние люди использовали солнечный свет для нагревания пищи, отопления домов и розжига. В первые века нашей эры — 100-400 годы — стал популярен солнечный нагрев воды. Римский архитектор Ветрувий после поездки в Грецию, где уже строили дома на южную сторону для дополнительного отопления за счёт нагревания стены и всего здания солнечными лучами, решил применить эту идею и в Риме. Так были усовершенствованы  римские бани, которые тоже нагревались с помощью солнца. 

Сложно оценить, когда человечество подошло к идее использовать солнечную радиацию для получения электрической энергии. Если уходить к самым истокам направления, то стоит вспомнить Александра Беккереля, который ещё в 1839 году изучал влияние света на электролиты. Кстати, для изучения использовались зеркала и линзы. Он сумел с помощью специального раствора (на базе хлорида серебра и кислотного раствора) создать ячейку, которая не просто нагревалась, а производила электрическую энергию.

Но настоящий прорыв случился в 1860 году, когда француз Огюстэн Мушо изобрёл первую в мире солнечную энергетическую систему. После своих предсказаний, что однажды наши запасы угля закончатся, Мушо провёл испытания своего «солнечного счётчика».

Первым же, кто открыл солнечные батареи, стал Чарльз Фритц, который в 1883 году создал собственную настольную электростанцию: она работала от небольшой позолочёной селеновой пластинки. И уже через год он установил солнечные батареи на крыше в Нью-Йорке. 

В дальнейшем появление современной теоретической физики помогло создать основу для более глубокого понимания фотовольтаики — получения электрической энергии за счёт солнечной радиации. Уже в 1888 физик Вильгельм Халлвакс описал физику фотоэлектрических элементов в так называемом эффекте Холлваха. А всего через 7 лет Альберт Эйнштейн опубликовал «Об эвристической точке зрения на производство и преобразование света», в которой объяснил, как свет создаёт электрический ток, выбивая электроны из атомов в определённых металлах. В дальнейшем он же дал теоретическую основу фотовольтаике, на основе которой в дальнейшем развивалась солнечная энергетика.

В 1916 году химик Ян Чохральский изобрёл метод создания монокристаллов металла. Это стало основой для создания полупроводниковых пластин, которые до сих пор используются в электронике, включая фотоэлементы.

Но вот начало использования солнечных панелей, какими мы знаем их сейчас, случилось только в середине XX века. Американская компания «Лаборатории Белла (Bell Labs)» вывела солнечную энергетику на коммерческий рынок. Ещё в 1941 году инженер компании Рассел Ол подал патент на первый монокристаллический кремниевый солнечный элемент. И не проиграл, так как в послевоенное время произошёл дефицит энергии.

И в 1954 году компания продаёт свой первый эффективный кремниевый солнечный элемент. Конечно, он не был таким производительным, как современные солнечные панели (КПД — всего 6 процентов), но они всё равно стали популярны настолько, что началось стремительное развитие отрасли: уже через несколько лет был создан первый космический корабль на солнечных батареях, по Лондону проехал первый автомобиль с солнечными батареями на крыше. Более того, всего через 8 лет Bell laboratories уже обеспечивали питание первого спутника связи, работающего на солнечной энергии.  

В начале 1960-х годов Жорес Алфёров и Герберт Крёмер независимо предложили научное решение, позволившее резко поднять КПД солнечных панелей за счёт полупроводниковых гетероструктур. В 2000 году учёные были удостоены Нобелевской премии за развитие физики полупроводниковых гетероструктур. Возможно, не все знают, но советский космический корабль Союз-1 стал первым космическим кораблём на солнечных батареях, на борту которого находился человек.

На данный момент такие страны как США, Китай и многие другие активно развивают солнечную энергетику. Одним из драйверов такой поддержки стал вопрос климатических изменений. Постоянные климатические аномалии, которые влияют как на жизнь людей, так и на экономику целых стран заставили обратиться к энергии солнца, которую использовали столетиями и которая даёт потенциал для дальнейшего развития.

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика — направление энергетики, связанная с преобразованием кинетической энергии водного потока в механическую и электрическую энергию. Использование энергии воды также берёт своё начало из древних времён.

Всё началось около I века до нашей эры, когда древние греки начали использовать первое водяное колесо, чтобы молоть пшеницу. Параллельно в это же время аналогичное изобретение появилось и в Китае.

Конечно, это была самая простая форма использования энергии воды, но именно она послужила предпосылкой для современных технологических достижений в области гидроэнергетики.

Водяное колесо с рядом модификаций использовалось на протяжении десятков веков.

К XIII веку его использовали уже в производстве пороха и стали, что помогло Средневековой Европе стать лидером в военной сфере. К XVII веку этот вид энергетики сыграл решающую роль в американской и европейской технологической революции, его использовали уже на многочисленных предприятиях: в лесопильной, текстильной промышленности и многих других.

Но всё меняется в XIX веке. В 1827-1831 годы происходит сразу несколько крупных открытий. Французский инженер Бенуа Фурнейрон создаёт свой первый прототип новой модели водяного колеса под названием «турбина 5». А в 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию и разработал первый в мире трансформатор и электрический генератор — основы электрогенерации и современной электроэнергетики.

В 1878 году пока учёные совершенствовали модели турбин, английский инженер и промышленник Уильям Армстронг объединил работы своих предшественников и построил первую ​​в мире малую гидроэлектростанцию.

Уже через десятилетие, в 1891 году произошёл настоящий научный переворот в передаче электрической энергии и гидроэнергетике после того, как русский изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский (работал в Германии) создал работы по передаче трёхфазного тока. Его конструкция трансформатора до сих пор используется без существенных изменений. Первая передача электрической энергии с высоковольтным трёхфазовым током произошла на выставке во Франкфурте. Там был установлен фонтан, который приводился в движение гидравлическим насосом и двигателем Доливо-Добровольского. Это был самый мощный на то время трёхфазный асинхронный двигатель в мире (с этого открытия началась и современная история электрификации).

1913 г. Австрийский профессор Виктор Каплан изобретает турбину Каплана, турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопастями.

Также серьёзным прорывом стало преобразование приливной энергии Мирового океана в электричество — в 1966 году во Франции открылась первая в мире приливная электростанция Ля-Ранс.

Greenpeace в части ГЭС на реках поддерживает развитие только малых ГЭС.

Всё дело в том, что крупные плотинные ГЭС на реках (с установленной мощностью 25 МВт и более) не только меняют речные экосистемы в худшую сторону, ведут к исчезновению популяций ценных рыб, но и обостряют конкуренцию между водопользователями. Кроме того, искусственные водохранилища, создаваемые для функционирования гидроэлектростанций, могут быть значительным источником выбросов парниковых газов.

Согласно существующим оценкам, в некоторых случаях такие водохранилища в средних широтах могут выделять столько же парниковых газов, сколько их аналоги в тропических широтах. Поэтому, несмотря на то, что эмиссии парниковых газов могут сильно различаться от одной ГЭС к другой, наличие потенциала серьёзных выбросов с водохранилищ крупных ГЭС также не позволяет отнести такие проекты к низкоуглеродным.

Что будет дальше

У ВИЭ была долгая история становления, но только в последнее десятилетие они стали развиваться стремительно в связи с глобальной борьбой с климатическим кризисом.

Однако в России современные ВИЭ пока находятся на начальном этапе развития.

Greenpeace всецело поддерживает переход на зелёную энергетику. Именно поэтому мы составили рейтинг регионов России, в котором проанализировали, насколько Россия готова к переходу на зелёные технологии и программу «Зелёный курс», включая ВИЭ.

В 2020 года эксперты Greenpeace представили программу «Зелёный курс», которая поможет стране выйти не только из экономического, но и из климатического кризиса. Программа была составлена Greenpeace на основе предложений более 150 общественных организаций и призвана изменить ситуацию в России на системном уровне.

Хотите больше подобных текстов? Поддержите работу Greenpeace.

климат энергетика

за какими источниками энергии будущее Таджикистана – Евразийский Банк Развития

Цены на нефть продолжают расти, а альтернативные источники энергии доступны далеко не всем: можно ли рассчитывать на новые технологии в энергетике.

ДУШАНБЕ, 5 окт — Sputnik, Вадим Попов. Нефть остается главным источником энергии для промышленности и транспорта, но альтернативные технологии лишь постепенно вытесняют традиционную энергетику.

Sputnik Таджикистан поинтересовался, какое место тот или иной источник занимает в системе энергопотребления.

Цивилизацию характеризуют источники энергии

На протяжении всей истории топливно-энергетические возможности определяли уровень общего экономического развития той или иной цивилизации. Согласно современным исследованиям, среднегодовой доход населения теснейшим образом связан со среднедушевым уровнем потребления энергии.

В настоящее время энергопотребление, например в США, в несколько десятков раз превышает аналогичный показатель значительной части государств, а общепланетарные потребности в энергии продолжают расти, несмотря на создание технологий энергосбережения.

Весь транспорт, производство, обогрев и кондиционирование, электроника, полеты в космос, быт домашних хозяйств — все нуждается в энергии. Но как это не странно, эта область хорошо известна только специалистам, от внимания других людей проблемы энергетики обычно ускользают, напоминая о себе лишь счетом за свет и отопление в квартплате. Между тем энергетическую инфраструктуру ежедневно обслуживают тысячи профессионалов и от их деятельности напрямую зависит круглосуточный доступ к теплу и свету.

Помимо технической необходимости постоянно поддерживать энергосети в рабочем состоянии, на их существование также требуются значительные финансовые средства. Угроза дефицита и дороговизны важнейшего ресурса заставляет ученых и инженеров искать альтернативные источники энергии. Но нефть по-прежнему доминирует на рынке энергоносителей.

Есть ли альтернатива нефти?

Важнейшей характеристикой любого топлива является его энерго­емкость, или теплота сгорания. По этому показателю лидируют нефть и газ.

К 2030-му по прогнозу той же компании ВР (British Petroleum) потребление нефти наряду с природным газом продолжит занимать свое лидирующее положение и составит порядка 30% в мировом энергобалансе.

Так, основную нагрузку в ЕЭС России в 2017-м несли тепловые электростанции (ТЭС), выработка которых составила 611,3 миллиардов кВт/ч. Выработка ГЭС составила 178,9 миллиардов кВт/ч. АЭС выработано 202,6 миллиардов кВт/ч.

© Sputnik / Асылбек уулу Данияр
Мировое потребление энергии

Например, чтобы произвести столько же энергии, сколько ее содержится в нефти, необходимо построить порядка 4 000 атомных станций по 1,5 ГВт каждая. На сегодня в мире примерно 440 действующих атомных реакторов общей мощностью около 363 ГВт. Если построить еще 4 000 атомных реакторов в соответствии с существующими технологиями, то все известные запасы урана будут израсходованы буквально за 10 лет.

Атомные станции хороши для выработки электричества, но трудно себе представить автомобили с ядерным реактором. Пока технологии не достигли такого развития. И для автомобильного транспорта нефть практически незаменима. Даже газ имеет ряд неудобных свойств. Например, водород за неделю теряет более половины своего объема в топливном баке.

Кроме того, под нефтепродукты «заточена» вся современная инфраструктура. Для ее перестройки потребуются время и деньги. Поэтому бензин, керосин и дизельное топливо еще долго будут использоваться на транспорте.

© Sputnik / Асылбек уулу Данияр
Топливная способность различных видов топлива

Теплотворная способность биотоплива в два раза ниже углеводородов. А для производства биогазов требуются большие посевные площади, что отнимает земельные ресурсы у традиционных сфер пищевой части аграрного сектора.

Нефть когда-нибудь закончится, но до этого момента потребление нефти, скорее всего, будет сокращаться в тех областях, где ее можно относительно просто заменить на другие источники энергии.

В частности, ряд стран увеличил свое потребление угля. Например, Таджикистан и такой индустриальный гигант, как Китай.

Использовать уголь — плохая идея

Добыча угля и сжигание его предприятиями и ТЭЦ сопровождается многосторонним негативным воздействием на окружающую среду. Чем больше масштабы и объемы добычи угля, тем больше будет экологических проблем. Это касается как деградации земель при добыче, так и загрязнения водных ресурсов и, естественно, загрязнения атмосферы.

Все больше стран заявляют о планах в ближайшие 10-20 лет полностью отказаться от угля для производства электроэнергии. В последние годы отворачиваться от угля стали и крупнейшие международные банки и фонды. Они сокращают капиталовложения или полностью изымают свои средства из угольных проектов. Инвесторы осознают, что угольный бизнес не только «грязный», но и чрезвычайно рискованный в плане экономических потерь.

Но некоторым государствам не обойтись без угольной энергетики. Таджикистан намерен повысить уровень производственных мощностей угольной промышленности к 2020-му, чтобы обеспечить не только внутренние потребности, но и наладить экспорт угля за рубеж. Это вынужденная мера, так как для покупки нефти и газа требуется дорогостоящая валюту, которую, по большей части, приходится брать в кредит. Но есть надежда на гидроэнергетику, благо, воды в Таджикистане много.

Солнце, море и ходьба — новые технологии в энергетике

Альтернативные источники энергии это не миф, но их использование пока не настолько развито. Во-первых, это сопряжено с дорогостоящими устройствами, которые не по карману многим странам. Во-вторых, альтернативные технологии не дают достаточного количества энергии, чтобы ими заменить традиционные нефть, газ и уголь.

По некоторым классификациям гидроэнергетику тоже относят к альтернативной, но ее человечество знает достаточно давно. Проблема в том, что не везде есть реки, а там, где условия позволяют использовать энергию воды, есть другие препятствия. Как, например, в Центральной Азии, где строительство ГЭС затягивается по политическим причинам, из-за претензий государств в сфере совместного водопользования.

Тем не менее, гидроэлектростанции вносят большой вклад в производство энергии во всем мире. Так, Итайпу (Парагвай) обеспечивает 90 процентов потребностей страны в энергии.

© AFP 2018 / JOAO ABREU MIRANDA
Волновой генератор электроэнергии, архивное фото

Наиболее перспективным направлением использования воды стала морская гидроэнергетика. В 2008-м Португалия протестировала первую в мире морскую энерго-ферму (плавающее хранилище энергии), расположенную в пяти километрах от береговой линии. Также успешно внедряются технологии извлечения энергии морских приливов.

И если ветряками, солнечными батареями и биотопливом сегодня никого уже не удивишь, то специальные тротуары, которые собирают энергию ходьбы, еще никто не видел, но они есть. Эксперимент показал, что если разместить подобные плитки на оживленной улице или в метро, то в течение дня можно будет собрать энергию, необходимую для питания небольшого торгового центра 12 часов. Ходьба, езда на велосипеде, движение автомобилей, все это может быть использовано.

В отдаленном будущем проблем с выработкой энергии у человечества наверное не будет, главное направить ее в нужное русло, а сегодня мир пока еще зависим от ограниченных ресурсов, что делает конкуренцию за них одной из главных движущих сил развития.

Где возьмет энергию Таджикистан

Одной из стратегических целей Таджикистана является переход от аграрно-индустриальной к индустриально-аграрной экономике, а для этого потребуется много энергии.

Доказанные запасы нефти (с учетом газового конденсата) в Таджикистане незначительны и составляют 1,6 миллиона тонн. Разговоры о больших месторождениях нефти и газа в республике появились едва ли не сразу после распада СССР. Данные разведки советского периода предполагали наличие 100 миллионов тонн нефти и более 800 млрд кубометров газа.

За последний десяток лет неоднократно создавались консорциумы по геологическому изучению Таджикистана и соседнего Афганистана. Но, к сожалению, безуспешно. Таджикские углеводороды залегают на большой глубине, их добыча обойдется очень дорого.

Эксперты уверены, что в Таджикистане можно обнаружить и более перспективные месторождения, но надо создать коммерчески привлекательный вариант экспорта, а эта задача до сих пор не решена. Транспортная изоляция и угроза терроризма с юга, а именно в этой части страны специалисты надеются найти большие залежи нефти и газа, остаются серьезным препятствием.

По этим причинам Российская корпорация «Газпром» прекратила геологическую разведку на направлениях Сарыкамыш и Западный Шохамбар, объявив об этом в июле.

Но в Таджикистане большие надежды возлагают на гидроэнергетику. Запуск самого известного таджикского долгостроя — Рогунской ГЭС планируется уже в ноябре. В перспективе Таджикистан сможет обеспечивать не только себя электроэнергией, но и снабжать всех соседей.

Гидроэнергетический потенциал Таджикистана оценивают в 60% всех потребностей Центральной Азии.

Главным вопросом для Таджикистана остается: где взять автомобильное топливо? Технологии внутренней переработки не позволяет производить топливо высокого класса в нужных объемах. Его республика вынуждена закупать.На черном рынке качество продаваемого бензина также оставляет желать лучшего.

Летний взлет цен на бензин и газ вызвал недовольство среди населения. К чисто техническим проблемам в этой области добавляется политический аспект. Нужно договариваться, у кого, что и за сколько покупать, чтобы сохранить дружеские отношения со всеми.

Вопрос о том, что выгоднее Таджикистану, приобретать бензин в Казахстане или России, импортировать узбекский газ или перерабатывать иранскую нефть на китайском заводе в «Дангаре» остается открытым. Но автомобильный транспорт еще долго будет оставаться основным средством передвижения в республике и потребность в топливе будет только расти.

Как бы там ни было, трудности Таджикистана в этой области не так уж и велики, а перспективы достаточно прозрачны, но энергетика — это та сфера, заниматься которой надо непрерывно, только так можно быть уверенным, что стране хватит энергии для развития.

Альтернативная энергетика: солнце, воздух и вода

Постоянно повышающаяся потребность в энергии, новые, крайне прожорливые потребители электричества – гигантские дата-центры и электромобили для массового рынка – вынуждают человечество искать альтернативные источники энергии. Важно, чтобы они были не только высоко эффективными, но и экологически чистыми.

Отрасли нетрадиционной энергетики

К традиционным источникам электроэнергия относятся тепловые (уголь, газ, мазут), гидро- и атомные электростанции. Причем относительно «зелеными» считается лишь третий тип электростанций, тогда как два первых наносят ощутимый вред атмосфере и гидросфере соответственно.

Экологически чистые (опять-таки, относительно) солнечные, ветровые и геотермальные электростанции в ряде стран мира вырабатывают до половины электричества, но их до сих пор называют альтернативными. Кроме того, существует альтернативная гидроэнергетика, подразумевающая волновые, приливные и водопадные электростанции.

Самой же неоднозначной отраслью альтернативной энергетики является, пожалуй, биотопливо. На фоне вероятного глобального продовольственного кризиса засевать плодородные земли культурами, перерабатывающимися в биотопливо – преступление перед человечеством.

Но давайте же поговорим о каждой отрасли альтернативной энергетики по порядку.

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции (СЭС) – одни из самых распространенных на планете, так как используют неисчерпаемый источник энергии (солнечный свет). В процессе выработки электричества, а при необходимости еще и тепла для обогрева жилых помещений и подачи горячей воды, они не наносят никакого вреда окружающей среде. Но существует обратная сторона медали: утилизация отработавших свое солнечные батарей процесс затратный и уж точно не экологически чистый.

Солнечные панели зачастую встраивают прямо в крыши жилых домов

Сильно зависима гелиоэнергетика от погоды и времени суток: в дождливый день и, уж тем более, ночью электричество особо-то не покачаешь. Приходится запасаться аккумуляторными батареями, что удваивает стоимость установки солнечных панелей, например, на даче.

Лидерами в популяризации гелиоэнергетики являются Германия, Испания и Япония. Понятное дело, что преимущество тут имеют южные страны, где солнце жарко светит почти круглый год. Германия же традиционно занимает лидирующие позиции в альтернативной энергетике, поэтому даже на СЭС в этой в целом-то холодной стране делается большая ставка.

Солнечная ферма Охотниково: живописный Крым заблестел словно огромное зеркало

Приятно, что в вопросах гелиоэнергетики Украина не пасет задних. В Крыму находится сразу несколько крупных СЭС: Перово (мощность 100 МВт, 11 место в мировом рейтинге), Охотниково (80 МВт, 22 место) и Приозерная (55 МВт, 42 место). Безоговорочными же лидерами являются американские Агуа-Калиенте и Калифорнийская Долина, мощностью по 250 МВт каждая.

Мощнейшая в мире солнечная электростанция Агуа-Калиенте (штат Аризона)

Ветроэнергетика

Обуздало силу ветра человечество довольно-таки давно: ветряные мельницы много столетий верой-правдой служили для перемолки зерна в муку. Сейчас же пришло время найти «мельницам» новое применение – гигантские лопасти, гонимые силой ветра, способны вращать мощные генераторы и таким путем эффективно вырабатывать столь нужное электричество.

Ветрогенератор самостоятельно подстраивается под меняющееся направление ветра, свободно вращаясь на мачте

Тройку лидеров в мировой выработке электричества с помощью ветра составляют Китай, США и Германия. Если же сравнивать долю ветроэлекстростанций (ВЭС) в каждой конкретной стране, то лидируют Дания, Португалия и Испания. Тут опять-таки многое зависит от климатических условий: в одних странах ветер не утихает ни на секунду, в других наоборот большую часть времени стоит штиль. Украине в этом плане повезло не очень: погода у нас мягкая и маловетреная. Хотя еще в 30-х годах в Крыму была построена первая в мире промышленная ветроэлектростанция, а в 1934 г. под руководством Юрия Кондратюка (того самого, что рассчитал траекторию полета на Луну) разрабатывался проект постройки огромной 12-мегаваттной ветростанции на горе Ай-Петри с башней высотой 165 метров и двумя 80-метровыми турбинами, размещенными на двух уровнях.

Крупнейшая в мире ветровая электростанция London Array построена в море возле берегов Великобритании (630 МВт)

Есть у ветроэнергетики как веские преимущества, так и столь же веские недостатки. В сравнении с солнечными панелями «ветряки» стоят недорого и не зависят от времени суток, а потому частенько встречаются на дачных участках. Существенный минус у ветрогенераторов только один – они изрядно шумят. Установку такого оборудования придется согласовывать не только с родными, но и жителями близлежащих домов.

Геотермальная энергетика

В районах с вулканической активностью, где подземные воды нагреваются выше температуры кипения, рационально строить геотермальные теплоэлектростанции (ГеоТЭС). Пожалуй, самой известной страной, где широко применяются ГеоТЭС, является Исландия. Оно и не странно: кипяток и пар циркулирует по трубам круглый год без остановок, что позволяет в процессе выработки электричества обходиться без дорогостоящих и трудно утилизируемых аккумуляторов.

Несьявеллир (Исландия) – крупнейшая в Европе ГеоТЭС (120 МВт)

Делают ставку на геотермальную энергетику и в других странах, где удалось обуздать вулканическую активность Земли: США, Новая Зеландия, Индонезия и Филиппины. Богата термальными водами и Россия: вот только новые ГеоТЭС в Сибири давненько не строили. Последние подвижки в этом направлении датируются еще временами СССР.

Мощность ГеоТЭС «Гейзерс» (штат Калифорния, США) изначально составляла 2 тыс. МВт, но постепенно падает

Альтернативная гидроэнергетика

Нетрадиционное использования водных ресурсов планеты для выработки энергии подразумевает три типа электростанций: волновые, приливные и водопадные. Причем самыми перспективными из них считаются первые: средняя мощность волнения мирового океана оценивают в 15 кВт на погонный метр, а при высоте волн выше двух метров пиковая мощность может достигать аж 80 кВт/м.

Главная проблема волновых электростанций – сложность преобразования движения волн (вверх-вниз) во вращение лопастей колеса генератора. Впрочем, последние разработки британский (проект Oyster) и российских ученых (проект Ocean RusEnergy) должны решить данную проблему.

Oyster – высокоэффективный волновой электрогенератор, разработанный в Великобритании

Приливные электростанции имеют значительно меньшую мощность, чем волновые, зато их куда легче и удобнее строить в прибрежной зоне морей. Гравитационные силы Луны и Солнца дважды в день меняют уровень воды в море (разница может достигать двух десятков метров), что позволяет использовать энергию приливов и отливов для выработки электричества.

Во Франции почти полвека эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» (мощность 240 МВт), которая построена в устье реки Ранс рядом с городком Сен-Мало. Долгое время она удерживала мировое лидерство по мощности, но в 2011 году ее обошла южнокорейская Сихвинская ПЭС (254 МВт).

«Ля Ранс» – одна из старейших и в то же время мощнейшая в Европе ПЭС

Водопадные электростанции являются, пожалуй, самыми малоперспективными в отрасли гидроэнергетики. Дело в том, что по-настоящему мощных водопадов на планете не так уж и много. Вспомнить стоит разве что электростанции «Сэр Адам Бек 1» и «Сэр Адам Бек 2», построенные на Ниагарском водопаде, а точнее на его канадской стороне.

Комплекс электростанций «Сэр Адам Бек» (США) мощностью 2 тыс. МВт построен на границе США и Канады

Биотопливо

Жидкое, твердое и газообразное биотопливо может стать заменой не только традиционным источникам электричества, но и бензину. В отличие от нефти и природного газа, восстановить запасы которых не представляется возможным, биотопливо можно вырабатывать в искусственных условиях.

Простейшим биотопливом является древесина, а точнее отходы деревообрабатывающей промышленности – щепки и стружка. Спрессованные в брикеты они прекрасно горят, а нагретая с их помощью вода позволяет вырабатывать электричество и тепло, пусть и в небольших масштабах.

Кукуруза – продукт питания и в то же время сырье для биотоплива

Но будущее за жидким и газообразным биотопливом: биодизелем, биоэтанолом, биогазом и синтез-газом. Все они производятся на основе богатых сахаром или жирами растений: сахарного тростника, кукурузы и даже морского фитопланктона. Последний вариант так и вовсе имеет безграничные перспективы: выращивать водоросли в искусственных условиях дело не хитрое.

Фитопланктон (крохотные морские водоросли и бактерии) – идеальное сырье для производства жидкого и газообразного биотоплива

Будущее альтернативной энергетики

Концепт орбитальной солнечной электростанции NASA Suntower

Учитывая подорожание энергоносителей и подорванное доверие к атомным электростанциям, развитие альтернативной энергетики постепенно ускоряется. Ну а если смотреть на совсем уж отдаленную перспективу, то стоит упомянуть космическую энергетику. Концепт орбитальной солнечной электростанции NASA SERT

Данная отрасль подразумевает размещение солнечных батарей на земной орбите и на поверхности Луны. Это позволит добывать примерно на треть больше электроэнергии, чем это возможно в условиях земной атмосферы. На Землю же передаваться выработанное электричество будет с помощью радиоволн.

Альтернативные источники энергии: что надо знать

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

Что такое альтернативные источники энергии

Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 32)

Виды альтернативных источников энергии

1.

Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Зеленая экономика Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO₂ в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Полная версия отчета Renewables 2019 в формате PDF (см. стр. 47)

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Источники жизненной энергии | I feel Slovenia

Энергия притягивает

Зеленый словенский ландшафт уже сам по себе излучает свежесть и наполняет нас энергией. Но есть в природе такие места, которые особо благотворно влияют на наше самочувствие. В Словении таких мест, где чистая энергия выходит на поверхность земли, очень много. Мы подобрали для вас информацию о ряде интересных мест, которые помогут вас сделать ваш отдых совершенным.

Life strength amid the forests and peaks

Посетив Блед и Бохинь, отправьтесь также на Поклюку, постойте возле энергетических точек, расположенных между Рудно-Поле и Усковницей либо на территории горнолыжного центра, меж соснами. На другой стороне Альп, в долине реки Соча, доступ в организм энергии здоровья открывается у реки Соча и ее притоков. Испытайте на себе также целительное действие, которым обладают источники так называемой «графской» воды и воды Дица. В объятиях Камнишко-Савиньских Альп можно отдохнуть в биопарке у Шемпетера. Прогулки по лесам Похорья можно дополнить эффектами биоэнергетического маршрута Болфенк, проходящего неподалеку от одноименного отеля. Наберитесь новых сил возле Святой Троицы в Словенских Горицах.

Вода здоровья – энергия здоровья

Словения – земля живой воды и энергии здоровья. Испытайте на себе целительную силу термальных источников на курорте Термана Лашкo, прогуляйтесь от одной энергетической точки до другой, посетив курортный парк. Положительные эффекты от воздействия термальных источников можно почувствовать также при посещении курортных парков на курортах Терме Лендавa, Терме Добрна и Римске Топлице. Релаксационный отдых на курорте Терме Чатеж можно обогатить походом по энергетическому маршруту Чатеж. Энергией здоровья вас наполнит прогулка по Дунайскому маршруту и подъем на городище «Дунай», расположенному выше города Кршко. Посетите Буковнишко озерo, где перед вами откроется очарование прекмурских лесов и положительные эффекты воды расположенного неподалеку источника Видa. Мощные энергетические точки можно найти и по течению реки Колпа.

 

Энергетические центры всего в двух шагах от столицы

Доверьтесь положительной энергии земли – всего в нескольких километрах от Любляны. Посетите энергетический парк Манас, расположенный в укрытии зеленых лесов неподалеку от столицы. Мощный энергетический центр находится также неподалеку от старинного города Камник, в Туницах. Среди особенностей  целительной рощи можно назвать и «живую» воду, состав которой идентичен составу воды нашего организма. По пути между пригородом Медводе и городом Крань почерпните положительную энергию, посетив Трбойско озеро, где обитает редкий вид птиц – большой крохаль. Озеро получило и другое словенское название – в честь своих крылатых обитателей.

Гармония энергии со средиземноморским колоритом

Рокот морских волн успокаивает, помогает восстановить внутреннюю гармонию. А если рядом есть еще и источники жизненной энергии, то путь к возрождению души станет еще короче. Побывайте в ландшафтном парке Струньян, посетите энергетический парк Салинерa. Почувствуйте прилив жизненной энергии, бродя по Месечеву заливу неподалеку от Струньянского креста, к которому можно отправиться после водных процедур  в близлежащем природном курорте Таласо Струньян.

выгод гидроэнергетики | Министерство энергетики

Гидроэнергетика, также известная как гидроэлектроэнергия, предлагает ряд преимуществ сообществам, которым они служат. Гидроэнергетика и гидроаккумулирующие установки продолжают играть решающую роль в нашей борьбе с изменением климата, поскольку они предоставляют необходимые услуги по энергоснабжению, хранению и гибкости. Ниже приведены лишь некоторые из преимуществ, которые может дать гидроэнергетика в связи с переходом Соединенных Штатов на 100% чистую электроэнергию к 2035 году и нулевыми выбросами к 2050 году.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГИДРОЭНЕРГИИ:

• Гидроэнергетика — возобновляемый источник энергии . Энергия, вырабатываемая с помощью гидроэнергетики, зависит от круговорота воды, которым управляет солнце, что делает ее возобновляемой.
• Гидроэнергетика питается водой, что делает ее чистым источником энергии . Гидроэнергетика не будет загрязнять воздух, как электростанции, сжигающие ископаемое топливо, такое как уголь или природный газ.
• Гидроэлектроэнергия — это внутренний источник энергии , позволяющий каждому штату производить собственную энергию, не полагаясь на международные источники топлива.
• Гидроэлектростанция создает водохранилища, которые предлагают возможности для отдыха, такие как рыбалка, плавание и катание на лодках . Большинство гидроэнергетических установок должны обеспечивать некоторый общественный доступ к водохранилищу, чтобы население могло воспользоваться этими возможностями.
• Гидроэнергетика гибкая . Некоторые гидроэнергетические объекты могут быстро перейти с нулевой мощности на максимальную. Поскольку гидроэлектростанции могут вырабатывать электроэнергию в сеть немедленно, они обеспечивают необходимую резервную мощность во время крупных отключений или сбоев в подаче электроэнергии.
• Гидроэнергетика обеспечивает преимущества помимо выработки электроэнергии на , обеспечивая борьбу с наводнениями, поддержку ирригации и чистую питьевую воду .
• Гидроэнергетика доступна . Гидроэнергетика обеспечивает дешевую электроэнергию и долговечность по сравнению с другими источниками энергии. Затраты на строительство можно даже снизить, используя уже существующие конструкции, такие как мосты, туннели и плотины.
• Гидроэнергетика дополняет другие возобновляемые источники энергии . Такие технологии, как гидроаккумулирующая энергия (PSH), хранят энергию для использования в тандеме с возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра и солнца, когда спрос высок.

Объяснение

Гидроэнергетика — Управление энергетической информации США (EIA)

Гидроэнергетика — энергия движущейся воды

Люди давно используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового U.S. возобновляемая генерация электроэнергии.

В 2020 году на долю гидроэлектроэнергии приходилось около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в коммунальном масштабе США ¹ и 37% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе. Доля гидроэлектроэнергии в общем объеме производства электроэнергии в США со временем снизилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.

Гидроэнергетика основана на круговороте воды

• Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к ее испарению.
• Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков — дождя и снега.
• Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где они испаряются и снова начинают круговорот.

Количество осадков, которые стекают в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в их структуре, например засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)

Гидроэлектроэнергия вырабатывается с движущейся водой

Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем потока воды и изменение высоты — или падения, часто называемое напором , — от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.Как правило, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может производить гидроэлектростанция.

На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или напорному водопроводу , затем толкает лопасти турбины и вращает их, вращая генератор для производства электроэнергии.

Обычные гидроэлектростанции включают:

• Русловые системы , где сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
• Системы хранения , где вода накапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.

Насосные гидроаккумулирующие установки — это тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище, расположенное на более высоком уровне, и сбрасывается из верхнего водохранилища в силовые гидротурбины, расположенные ниже верхнего водохранилища.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая ископаемое топливо или атомные электростанции. Обычно они перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее производство и / или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низкие, и высвобождают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, гидроаккумулирующие сооружения имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США классифицирует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих электростанциях как отрицательную.

История гидроэнергетики

Гидроэнергетика — один из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергетику, чтобы крутить гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах стали доступны паровая энергия и электричество, зерновые и лесопильные заводы питались напрямую от гидроэлектроэнергии. Первое промышленное использование гидроэлектроэнергии для выработки электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 щеточно-дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция для продажи электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Аплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.

В Соединенных Штатах работает около 1450 обычных и 40 гидроаккумулирующих гидроэлектростанций. Самая старая действующая гидроэнергетическая установка США — это гидроэлектростанция Whiting в Уайтинге, штат Висконсин, которая была введена в эксплуатацию в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство из этих плотин гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными правительственными агентствами. Самый крупный U.Гидроэнергетический объект Южной и крупнейшая электростанция США по генерирующей мощности — это гидроэлектростанция Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 6765 МВт.

¹ Коммунальные электростанции имеют не менее 1 мегаватта общей мощности по выработке электроэнергии. Генерирующая мощность — это чистая летняя мощность.

Последнее обновление: 8 апреля 2021 г.

Гидроэнергетика Использование воды | U.S. Геологическая служба

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Плотина Чодьер отводит воду из реки Оттава, Канада.

Кредит: Викимедиа

На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии. Несомненно, пещерный человек Джек прикрепил к шесту несколько крепких листьев и бросил их в движущийся поток. Вода вращала шест, который измельчал зерно, чтобы приготовить восхитительные обезжиренные доисторические кексы с отрубями.На протяжении многих веков энергия воды использовалась для работы мельниц, перемалывающих зерно в муку. На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.

Гидроэнергетика для нации

Хотя большая часть энергии в Соединенных Штатах производится на ископаемом топливе и атомными электростанциями, гидроэлектроэнергия по-прежнему важна для нации. В настоящее время огромные электрогенераторы размещены внутри плотин .Вода, протекающая через плотины, вращает лопатки турбин (сделанные из металла вместо листьев), которые связаны с генераторами. Электроэнергия производится и отправляется в дома и на предприятия.

Мировое распределение гидроэнергетики

• Гидроэнергетика — самый важный и широко используемый возобновляемый источник энергии.
• Гидроэнергетика составляет около 17% (Международное энергетическое агентство) от общего производства электроэнергии.
• Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, за ним следуют Канада, Бразилия и США (Источник: Управление энергетической информации).
• Примерно две трети экономически обоснованного потенциала еще предстоит освоить. Неиспользованные гидроресурсы по-прежнему в изобилии в Латинской Америке, Центральной Африке, Индии и Китае.

Производство электроэнергии с использованием гидроэлектроэнергии имеет некоторые преимущества перед другими методами производства энергии . Сделаем быстрое сравнение:

Преимущества гидроэнергетики

• Топливо не сжигается, поэтому загрязнение минимально
• Вода для работы электростанции предоставляется бесплатно по природе
• Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов
• Относительно низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Технология надежная и проверенная временем
• Возобновляемый — дождь обновляет воду в резервуаре , поэтому топливо почти всегда есть

Прочтите расширенный список преимуществ гидроэнергетики на конференции Top World Conference on Sustainable Development, Йоханнесбург, Южная Африка (2002)

Недостатки электростанций, использующих уголь, нефть и газовое топливо

• Они используют ценные и ограниченные природные ресурсы
• Они могут производить много загрязнений
• Компании должны выкопать землю или бурить скважины, чтобы добыть уголь, нефть и газ
• Для АЭС существуют проблемы с удалением отходов

Гидроэнергетика не идеальна и имеет некоторые недостатки

• Высокие инвестиционные затраты
• Зависит от гидрологии ( осадков )
• В некоторых случаях затопление земель и мест обитания диких животных
• В некоторых случаях потеря или изменение местообитаний рыб
• Улов рыбы или ограничение прохода
• В отдельных случаях изменения водохранилища и водотока Качество воды
• В отдельных случаях перемещение местного населения

Гидроэнергетика и окружающая среда

Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду, но оказывает воздействие на окружающую среду

Гидроэнергетика не загрязняет воду и воздух. Однако гидроэнергетические объекты могут иметь большое воздействие на окружающую среду, изменяя окружающую среду и влияя на землепользование, дома и естественную среду обитания в районе плотины.

Большинство гидроэлектростанций имеют плотину и водохранилище. Эти структуры могут препятствовать миграции рыб и влиять на их популяции. Эксплуатация гидроэлектростанции может также изменить температуру воды и сток реки. Эти изменения могут нанести вред местным растениям и животным в реке и на суше.Водохранилища могут покрывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Таким образом, строительство плотин может потребовать переселения людей. Метан, сильный парниковый газ, также может образовываться в некоторых резервуарах и выбрасываться в атмосферу . (Источник: EPA Energy Kids)

Строительство водохранилища в США «иссякает»

Гоша, гидроэлектроэнергия звучит здорово — так почему бы нам не использовать ее для производства всей нашей энергии? В основном потому, что вам нужно много воды и много земли, где вы можете построить плотину и водохранилище , что все требует МНОГО денег, времени и строительства. Фактически, большинство хороших мест для размещения гидроэлектростанций уже занято. В начале века гидроэлектростанции обеспечивали чуть меньше половины всей электроэнергии страны, но сегодня это число снизилось примерно до 10 процентов. Тенденцией на будущее, вероятно, будет строительство малых гидроэлектростанций, которые могут вырабатывать электроэнергию для одного сообщества.

Как видно из этого графика, строительство поверхностных водохранилищ в последние годы значительно замедлилось. В середине 20 века, когда урбанизация происходила быстрыми темпами, было построено множество водохранилищ, чтобы удовлетворить растущий спрос людей на воду и электроэнергию.Примерно с 1980 года темпы строительства водохранилищ значительно замедлились.

Типовая гидроэлектростанция

Гидроэнергия вырабатывается падающей водой. Способность производить эту энергию зависит как от имеющегося потока, так и от высоты, с которой он падает. Накапливаясь за высокой плотиной, вода аккумулирует потенциальную энергию. Это превращается в механическую энергию, когда вода устремляется вниз по шлюзу и ударяется о вращающиеся лопасти турбины.Вращение турбины вращает электромагниты, которые генерируют ток в неподвижных катушках проволоки. Наконец, ток пропускается через трансформатор, где напряжение увеличивается для передачи на большие расстояния по линиям электропередачи. (Источник:

)

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию. Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций). Плотина хранит много воды за собой в водохранилище.У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного водовода находится пропеллер турбины, который вращается движущейся водой. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта по отводу в реку мимо плотины.

Производство гидроэлектроэнергии в США и в мире

На этой диаграмме показано производство гидроэлектроэнергии в 2012 году в ведущих странах мира, производящих гидроэлектроэнергию.В последнее десятилетие Китай построил крупные гидроэлектростанции и теперь занимает лидирующие позиции в мире по использованию гидроэлектроэнергии. Но с севера на юг и с востока на запад страны всего мира используют гидроэлектроэнергию — главные составляющие — это большая река и перепад высот (конечно, вместе с деньгами).

Кредит: Управление энергетической информации

Волны, приливы и гидроэнергетика

Ресурсы водной энергии включают гидроэлектроэнергию из озер и рек, энергию океана в ее различных формах и энергетические технологии, использующие соленую воду. Hydroelectric Power Гидроэнергетика использует кинетическую энергию, получаемую водой, когда она опускается на высоту. Как правило, вода, запруженная в озере или водохранилище, выпускается через турбины и генераторы для производства электроэнергии. Гидроэнергетика была основным продуктом электроэнергии с самого начала электрической эры. Однако в настоящее время планируется реализовать очень небольшую часть этого потенциала. Существенные юридические и нормативные препятствия, такие как приобретение земли и охрана окружающей среды, будут частью любого крупного гидроэнергетического проекта.Кроме того, водохранилища обычно строятся и управляются как муниципальные системы водоснабжения и борьбы с наводнениями и, во вторую очередь, для производства электроэнергии. Этот факт снижает потенциальное влияние развития гидроэнергетики на энергетическую картину. Ocean Energy В качестве возможных источников энергии обычно упоминаются три различных типа ресурсов океана: приливы, волны и разность температур океана (преобразование тепловой энергии океана или OTEC). Например, схемы приливной энергии захватывают воду во время прилива и выпускают ее во время отлива. Устройства для генерации волновой энергии делятся на две общие классификации: стационарные и плавающие. В обоих случаях колебательное движение входящей и исходящей волны используется для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию. Энергетические системы приливов задерживают приливы в резервуаре. Когда прилив падает, вода за водохранилищем проходит через силовую турбину, вырабатывая электричество. Преобразование тепловой энергии океана использует разницу температур между теплой поверхностной водой и холодной глубоководной водой для производства электричества. Соленая вода Соленая и солоноватая вода является обычным явлением — обычно это создает проблему для источников пресной воды. Однако некоторые технологии могут использовать соленую воду для производства энергии. К ним относятся солнечные пруды и выращивание водорослей. Солнечные водоемы используют соленую воду таким образом, что тепло от солнечного света эффективно удерживается в бассейне и может использоваться для ряда технологических процессов тепла или производства электроэнергии. Способность пруда накапливать солнечную тепловую энергию уникальна и преодолевает изменчивость ресурсов, которая является недостатком традиционной солнечной энергетики. Морские водоросли обильно растут в условиях культивирования, и их можно прессовать для извлечения биодизельного сырья или сушить и сжигать для производства энергии. Хотя ни одна из технологий не была продемонстрирована за пределами экспериментального уровня, Техасу повезло в том, что регионы с солеными водными ресурсами также имеют тенденцию быть очень солнечными. В сочетании с продолжающимися усилиями по контролю хлоридов пресной воды использование ресурсов соленой воды для производства энергии может стать возможным при умеренных дополнительных инвестициях. Хари Шринивас — [email protected]

Энергия воды | Пособие для студентов по глобальному изменению климата

Если вы когда-либо стояли в стремительном потоке, под водопадом или на берегу океана, когда набегают волны, то вы чувствовали силу воды. Энергию движущейся воды можно использовать для производства электричества несколькими способами.Например:

• Плотина гидроэлектростанции улавливает энергию движения реки. Операторы плотин контролируют поток воды и количество производимой электроэнергии. Плотины создают за собой водоемы (большие водоемы со спокойной водой), которые можно использовать для отдыха, создания заповедников и источников питьевой воды.
• Wave power улавливает энергию волн на поверхности океана с помощью специального буя или другого плавучего устройства.
• Приливная сила улавливает энергию текущей воды с помощью турбин, когда приливы прибывают и покидают прибрежные районы.

Как это работает

1. Текущая вода вращает водяное колесо или турбину.
2. Генератор, прикрепленный к турбине, вырабатывает электричество.

Интересные факты

• Чудо природы! Знаете ли вы, что одно из величайших чудес природы вырабатывает электричество уже более 100 лет? Сегодня Ниагарский водопад — крупнейший производитель электроэнергии в штате Нью-Йорк, вырабатывающий достаточно электроэнергии, чтобы зажечь 24 миллиона 100-ваттных лампочек одновременно!
• Вперед. Гидроэнергетика — ведущий возобновляемый источник энергии, используемый для выработки электроэнергии в США.
• Волна будущего. Первая коммерческая электростанция в США, использующая океанские волны для выработки электроэнергии, находится в стадии строительства в Орегоне. Когда все будет закончено, 10 «буев» в океане будут вырабатывать электричество, достаточное для снабжения энергией 1000 домов.

Начало страницы

Семь неожиданных способов получить энергию из воды | Наука

Люди фотографируют воду, льющуюся из резервуара Китайской плотины «Три ущелья», крупнейшей гидроэлектростанции в мире.STRINGER SHANGHAI / Reuters / Corbis

Использование движения воды — один из самых древних способов, которыми люди генерировали энергию. Сегодня на гидроэнергетику приходится около 20 процентов мировой электроэнергии, и эта цифра остается неизменной с 1990-х годов.

Но даже без плотины вода является ключом к производству большей части мировой электроэнергии. На газовых, угольных, атомных и многих других типах электростанций топливо фактически используется для превращения воды в пар, а генераторы преобразуют энергию пара в электричество.В честь Всемирной недели воды в этом году мы представляем несколько неожиданных примеров того, как вода играет жизненно важную роль в современном производстве энергии, а также несколько удивительных способов использования воды в возможных источниках энергии в будущем:

Сила дождя

В падающей капле дождя может не быть много энергии — иначе они наверняка повредили бы. Но французские ученые придумали способ использовать то, что доступно. Команда из Комиссии по атомной энергии Франции построила устройство из специального пластика, которое преобразует энергию колебаний капли дождя, падающей на него, в электричество.Такое изобретение не могло произвести много энергии: ливень генерировал до 12 милливатт, чего было достаточно, чтобы привести в действие пару стандартных лазерных указок. Но у этой системы будет преимущество перед солнечной, так как она будет работать в темноте и, конечно же, во время ливня.

Водородное топливо

С помощью устройства, называемого топливным элементом, водород можно превратить в электричество. Но даже несмотря на то, что этого элемента много, получение одного чистого водорода долгое время было проблемой. Сегодня почти все поставки в мире производятся за счет ископаемого топлива, в основном природного газа.Однако исследователи работают над способами отделения водорода от воды без использования большего количества энергии, чем может произвести топливный элемент. Некоторые проекты, например, исследуют бактерии и солнечно-термические методы.

Реактивное топливо на основе морской воды

В более радикальной форме водородной энергетики ВМС США объявили ранее в этом году, что они разработали метод превращения морской воды в реактивное топливо. Процесс начинается с использования электричества для разделения воды на водород и кислород. Затем водород объединяется с углекислым газом, растворенным в воде, с образованием углеводорода, также известного как реактивное топливо. Но любой, кто смотрит на океаны как на решение всех наших энергетических проблем, будет разочарован. Этот процесс энергоемкий и действительно возможен только в том случае, если у вас есть под рукой корабль с ядерной установкой, и вам нужны реактивные двигатели в воздухе больше, чем электричество на палубе.

Гибрид на солнечно-ветровой энергии

Постройте по-настоящему высокую башню с верхней губой, а затем обдувайте ее тонкой струей воды.Туман поглощает тепло из воздуха и испаряется. Это приводит к тому, что холодный плотный воздух течет ко дну конструкции, где он направляется через огромные ветряные турбины, вырабатывающие электричество. Этот метод, запатентованный еще в 1975 году, лучше всего работает в жарких и засушливых местах и ​​требует большого количества воды. Он наконец-то пройдет свои первые испытания в 2018 году, когда в Аризоне планируется построить башню выше Эмпайр-стейт-билдинг.

Геотермальная

Геотермальная энергия зависит от тепла изнутри Земли для производства энергии.Но нельзя просто вставить тостер в ближайший магматический карман. В некоторых местах, таких как Исландия и Калифорния, сейсмическая активность разрушает скалы, позволяя воде циркулировать вблизи геологических горячих точек. Затем пар естественным образом поднимается на поверхность, где он может приводить в действие генераторы. На участках, где горячие породы находятся глубже под поверхностью, холодную воду можно откачивать через колодцы для обогрева, а горячую воду можно забирать из других колодцев. В некоторых зданиях даже используются геотермальные тепловые насосы, но для перемещения энергии они обычно используют воздух или антифриз, а не воду.

Биотопливо

Традиционное биотопливо, такое как древесина, не требует дополнительного полива перед сбором урожая. Но многие из новых источников биотоплива потребляют даже больше воды, чем дает природа. Такие культуры, как кукуруза и сахарный тростник, теперь выращиваются специально для производства этанола, и они требуют орошения. Согласно одной из оценок, к 2030 году на производство биотоплива может пойти до 8 процентов пресной воды в США.

Фрекинг

При гидроразрыве пласта вода закачивается глубоко под землю, чтобы создать трещины, обеспечивающие доступ к захваченной нефти или природному газу.Каждой скважине может потребоваться до 7 миллионов галлонов воды, чтобы высвободить все это ископаемое топливо. В некоторых областях, таких как Калифорния и Техас, отвод воды для гидроразрыва приводит к истощению запасов, уже находящихся в напряжении. Такая напряженность может возрасти, согласно новому отчету Института мировых ресурсов, в котором отмечается, что 40 процентов стран, в которых есть районы, подходящие для гидроразрыва, уже имеют ограниченные водные ресурсы.

Антропоцен Энергия Окружающая обстановка Научные инновации Воды

Рекомендованные видео

Основы гидроэнергетики (текстовая версия)

Это текстовая версия видеоролика «Основы гидроэнергетики.«

Превратить воду в электричество? Похоже на фокус.

Но знаете ли вы, что около 7% всей электроэнергии Америки вырабатывается за счет воды?

Это называется гидроэнергетика, и это крупнейший источник возобновляемой чистой энергии в США и во всем мире.

Как это работает? Это просто.

Используя силу потока воды, мы можем улавливать кинетическую или движущуюся энергию. Этот движение энергии можно использовать для физического перемещения других объектов, например турбины. Турбины генераторы преобразуют энергию и мощность проточной воды в электричество. Тот затем электричество подается в электрическую сеть, чтобы мы с вами использовали ее в домах. и бизнес.

Плотины и водохранилища не только производят электричество.Они помогают сообществам с контролем паводков и ирригацией, а также с предоставлением питьевой воды и возможностей для отдыха, слишком.

Гидроэнергетика, также называемая гидроэлектростанцией, является устойчивой благодаря природной воде Земли. цикл.

Вода течет через озера, ручьи и океаны, затем испаряется в облака — облака создают дождь, транспортируя воду обратно в озера, ручьи и океаны там, где это началось, позволяя снова и снова захватывать власть.

Гидроэнергетика — один из самых надежных и экономичных источников возобновляемой энергии.

И это позволяет использовать другие возобновляемые источники энергии, такие как ветровая и солнечная, что помогает сообществам для достижения своих целей по снижению выбросов углерода.

Гидроэнергетика постоянно развивается. Работая вместе с другими отраслями, мы разработка небольших модульных концепций, которые обеспечивают улучшенный захват и хранение энергии с минимальным воздействием на окружающую среду.