Jak můžeme nahradit přírodní zdroje energií?

Ekologické zhoršování a vyčerpávání přírodních zdrojů nás nutí přemýšlet o tom, jak získávat elektřinu a teplo z obnovitelných zdrojů.

V tomto článku vám řekneme, jak alternativní energie funguje a proč ji mnoho zemí volí.

Co je alternativní energie?

Energie může být obnovitelná (alternativní) nebo neobnovitelná (tradiční).

Alternativní zdroje energie jsou obyčejné přírodní jevy, nevyčerpatelné zdroje, které se vyrábí přirozeně. Tato energie se také nazývá regenerační nebo „zelená“.

Neobnovitelnými zdroji jsou ropa, zemní plyn a uhlí. Hledají náhradu, protože jim může dojít. S jejich používáním souvisí i emise oxidu uhličitého, skleníkový efekt a globální oteplování.

Lidstvo získává energii především spalováním fosilních paliv a provozem jaderných elektráren. Alternativní energie jsou metody, které poskytují energii šetrnějším způsobem a způsobují menší škody. Je potřeba nejen pro průmyslové účely, ale i v jednoduchých domech pro vytápění, ohřev vody, osvětlení a elektroniku.

Obnovitelné zdroje energie

• Sluníčko
• Vodní proudy
• Vítr
• Přílivy
• Biopalivo (palivo z rostlinných nebo živočišných surovin)
• Geotermální teplo (vnitřek Země)

Alternativní energie

1. Sluneční energie

Jeden z nejvýkonnějších typů alternativních zdrojů energie. Nejčastěji se přeměňuje na elektřinu pomocí solárních panelů. Energie, kterou Slunce vyšle na Zemi za den, vystačí pro celou planetu na celý rok. Z celkového objemu však roční výroba elektřiny ze solárních elektráren nepřesahuje 2 %.

Hlavní nevýhodou je závislost na počasí a denní době. Pro severní země je těžba solární energie nerentabilní. Konstrukce jsou drahé, je třeba je „hlídat“ a samotné solární články, které obsahují toxické látky (olovo, gallium, arsen), musí být včas zlikvidovány. Pro vysoký výkon jsou zapotřebí velké plochy.

Solární elektřina je běžná tam, kde je levnější než obvykle: vzdálené obydlené ostrovy a zemědělské oblasti, vesmírné a námořní stanice. V teplých zemích s vysokými tarify elektřiny dokáže pokrýt potřeby typického domova. Například v Izraeli se 80 % vody ohřívá solární energií.

Baterie se instalují také do bezpilotních prostředků, letadel, vzducholodí a vlaků Hyperloop.

2. Větrná energie

Zásoby větrné energie jsou 100krát větší než energetické zásoby všech řek na planetě. Větrné elektrárny pomáhají přeměňovat vítr na elektrickou, tepelnou a mechanickou energii. Hlavním zařízením jsou větrné generátory (pro výrobu elektřiny) a větrné mlýny (pro mechanickou energii).

Tento typ obnovitelné energie je dobře rozvinutý – zejména v Dánsku, Portugalsku, Španělsku, Irsku a Německu. Na začátku roku 2016 výkon všech větrných generátorů překonal celkový instalovaný výkon jaderné energie.

Nevýhodou je, že se nedá ovládat (síla větru není konstantní). Větrné turbíny mohou také způsobovat rádiové rušení a ovlivňovat klima, protože odebírají část kinetické energie větru – ačkoli vědci zatím nevědí, zda je to dobré nebo špatné.

3. Vodní energie

K přeměně pohybu vody na elektřinu jsou potřeba vodní elektrárny (VVE) s přehradami a nádržemi. Jsou umístěny na řekách se silnými průtoky, které nevysychají. Přehrady se staví za účelem dosažení určitého tlaku vody – nutí k pohybu lopatky hydraulické turbíny a pohání elektrické generátory.

Stavba vodních elektráren je dražší a obtížnější než klasické elektrárny, ale cena elektřiny (u ruských vodních elektráren) je dvakrát nižší. Turbíny mohou pracovat v různých režimech výkonu a řídit výrobu elektřiny.

4. Energie vln

Existuje mnoho způsobů, jak vyrábět elektřinu z vln, ale pouze tři fungují efektivně. Liší se podle typu vodovodních instalací. Jedná se o komory, jejichž spodní část je ponořena do vody, plováky nebo instalace s umělým atolem.

Takové vlnové elektrárny přenášejí kinetickou energii mořských nebo oceánských vln kabelem na pevninu, kde se na speciálních stanicích přeměňuje na elektřinu.

Tento typ se využívá málo – 1 % veškeré výroby elektřiny na světě. Systémy jsou také drahé a vyžadují pohodlný přístup k vodě, který nemá každá země.

5. Energie odlivu a odlivu

Tato energie se získává z přirozeného vzestupu a poklesu vodních hladin. Elektrárny jsou instalovány pouze podél pobřeží a spád vody musí být minimálně 5 metrů. Pro výrobu elektřiny se staví přílivové stanice, přehrady a turbíny.

Odliv a odliv jsou dobře prozkoumány, takže tento zdroj je předvídatelnější než ostatní. Přijímání technologie je však pomalé a její podíl na celosvětové produkci je malý. Navíc přílivové cykly ne vždy odpovídají sazbám spotřeby elektřiny.

6. Energie teplotního gradientu (hydrotermální energie)

Mořská voda má různé teploty na povrchu a v hlubinách oceánu. Pomocí tohoto rozdílu se vyrábí elektřina.

První zařízení, které vyrábí elektřinu pomocí teploty oceánu, bylo vyrobeno již v roce 1930. V USA a Japonsku jsou nyní uzavřené, otevřené a kombinované oceánské elektrárny.

7. Energie difúze kapaliny

Jedná se o nový typ alternativního zdroje energie. Osmotická elektrárna instalovaná u ústí řeky řídí míchání slané a sladké vody a získává energii z entropie kapalin.

Vyrovnáním koncentrace soli vzniká přetlak, který spustí rotaci hydraulické turbíny. V Norsku je zatím pouze jedna taková elektrárna.

8. Geotermální energie

Geotermální elektrárny odebírají vnitřní energii Země – horkou vodu a páru. Jsou umístěny ve vulkanických oblastech, kde je voda blízko povrchu nebo se k ní lze dostat vyvrtáním studny (od 3 do 10 km).

Odebraná voda ohřívá budovy přímo nebo prostřednictvím výměníkové jednotky. Na elektřinu se také zpracovává, když horká pára roztáčí turbínu spojenou s elektrickým generátorem.

Nevýhody: cena, ohrožení teploty Země, emise oxidu uhličitého a sirovodíku.

Největší počet geotermálních stanic je v USA, na Filipínách, v Indonésii, Mexiku a na Islandu.

9. Biopaliva

Bioenergie získává elektřinu a teplo z paliv první, druhé a třetí generace.

• První generací jsou pevná, kapalná a plynná biopaliva (plyn ze zpracování odpadů). Například palivové dřevo, bionafta a metan.

• Druhou generací je palivo získané z biomasy (zbytků rostlinného nebo živočišného materiálu, případně speciálně pěstovaných plodin).

• Třetí generací je biopalivo z řas.

Biopaliva první generace lze snadno získat. Obyvatelé venkova instalují bioplynové stanice, kde biomasa fermentuje při správné teplotě.

Nejtradičnějším způsobem a nejstarším palivem je palivové dřevo. Nyní se pro jejich výrobu energetické lesy vysazují z rychle rostoucích stromů, topolů nebo eukalyptů.

Klady a zápory alternativní energie

Hlavní perspektivou alternativních zdrojů je existence lidstva i v podmínkách vážného nedostatku ropy, plynu a uhlí.

Výhody:

• Dostupnost – není potřeba vlastnit ropná nebo plynová pole. Pravda, neplatí to pro všechny typy. Vnitrozemské země nebudou moci přijímat energii vln a geotermální energii lze přeměnit pouze ve vulkanických oblastech.

• Šetrnost k životnímu prostředí – při výrobě tepla a elektřiny nevznikají škodlivé emise do životního prostředí.

• Úspora – výsledná energie má nízké náklady.

Nevýhody a problémy:

• Náklady ve fázi výstavby a údržby – vybavení a spotřební materiál jsou drahé. Kvůli tomu se zvyšuje koncová cena elektřiny, takže to není vždy ekonomicky opodstatněné. Nyní je hlavním úkolem vývojářů snížit náklady na instalace.

• Závislost na vnějších faktorech: nelze kontrolovat sílu větru, úroveň přílivu a odlivu, výsledek zpracování sluneční energie závisí na geografii země.

• Nízká účinnost a malý výkon instalací (kromě vodních elektráren). Vyrobený výkon nemusí vždy odpovídat úrovni spotřeby.

• Vliv na klima. Například poptávka po biopalivech snížila plochu, na které se pěstují potravinářské plodiny, a vodní přehrady změnily povahu rybolovu.

Obnovitelná energie ve světě

Hlavním spotřebitelem obnovitelných zdrojů energie je Evropská unie. V některých zemích vyrábí alternativní energie téměř 40 % veškeré elektřiny. Už tam zakořenila různá podpůrná opatření: zvýhodněné sazby za připojení a refundace za nákupy vybavení. Země východu a USA nezůstávají pozadu.

Německo

40 % elektřiny v Německu pochází z obnovitelných zdrojů. Je lídrem v počtu větrných instalací, které vyrábějí 20,4 % elektřiny. Zbývající podíl pochází z vodní energie, bioenergie a solární energie. Německá vláda si stanovila plán: do roku 80 vyrábět 2050 % energie z alternativních zdrojů, ale zatím nechce jaderné elektrárny zavírat.

Island

Island má hodně horké vody, protože se nachází v oblasti sopečné činnosti. Země vytápí 85 % domácností z geotermálních zdrojů a pokrývá 65 % spotřeby elektřiny obyvatel. Síla zdrojů je tak velká, že chtějí vyvážet energii do Spojeného království.

Švédsko

Po ropné krizi v roce 1973 se země začala poohlížet po jiných zdrojích energie. Vše začalo vodními elektrárnami a jadernými elektrárnami. Kvůli jaderným elektrárnám byli Švédové často kritizováni Greenpeace, ale od konce 80. let se podíl energie z jaderných elektráren nezvýšil.

Od 90. let Švédsko staví pobřežní větrné elektrárny na moři. Byla zavedena dodatečná daň z uhlíkových emisí podniků do atmosféry, což přináší výhody pro výrobce větrné, solární a bioenergie.

Švédsko také aktivně využívá energii z recyklace odpadu a dokonce plánuje její nákup od sousedních zemí, aby se vzdalo ropy. Některá města získávají teplo ze spaloven odpadu.

Čína má nejvýkonnější vodní elektrárnu na světě – Tři soutěsky. Od roku 2018 se jedná o hmotnostně největší strukturu. Jeho pevná betonová hráz váží 65,5 milionů tun. V roce 2014 stanice vyrobila světový rekord 98,8 miliardy kWh.

Jsou zde také největší větrné zdroje (tři čtvrtiny z nich jsou dodávány do moře). Do roku 2020 plánuje země s jejich pomocí vygenerovat 210 GW.

Existuje také 2 700 geotermálních zdrojů a tvoří 63 % zařízení na přeměnu sluneční energie. Čína je na třetím místě ve výrobě biopaliv na bázi etanolu.

Alternativní energie v Rusku

Různá geografická poloha regionů a specifické klimatické zóny v Rusku neumožňují rozvoj tohoto odvětví rovnoměrně. Neinvestuje se a v zákoně jsou mezery.

Druhy obnovitelné energie v Rusku

sluneční

Je využíván jak v průmyslovém měřítku, tak místním obyvatelstvem jako záložní nebo hlavní zdroj tepla a elektřiny. Kapacita všech solárních instalací je 400 MW, z nichž největší jsou v regionech Samara, Astrachaň, Orenburg a na Krymu. Nejsilnější SES je Vladislavovka (Krym). Vyvíjejí se také projekty pro Sibiř a Dálný východ.

Větrná energie

Větrná obnovitelná energie je v Rusku zastoupena o něco méně než solární energie, i když i zde existují průmyslová zařízení. Celkový výkon větrných generátorů u nás je 183,9 MW (0,08 % celé energetické soustavy). Většina instalací je na Krymu a nejvýkonnější se nachází v Adygeji – „Adygea Wind Farm“.

vodní síla

Jedná se o nejoblíbenější alternativní zdroj energie v Rusku. Asi 200 říčních vodních elektráren vyrábí až 20 % veškeré energie v zemi. Od roku 1968 je v zálivu Kislaya v Murmanské oblasti přílivová elektrárna – Kislogubskaya TPP. Největší vodní elektrárna se nachází na řece Jenisej – Sayano-Shushenskaya.

Geotermální energie

Díky množství sopek je tento druh energie na Kamčatce rozšířen. Tam se 40 % spotřebované energie vyrábí z geotermálních zdrojů. Potenciál Kamčatky se podle vědců odhaduje na 5000 MW, ale ročně se vyrobí pouze 80 MW energie. Geotermální stanice jsou také na Kurilských ostrovech, na území Stavropol a Krasnodar.

Biopalivo

Naše země patří mezi tři největší exportéry pelet na evropském trhu. V Rusku existují továrny, které ze zbytků dřeva vyrábějí pelety a brikety, které se používají k vytápění kotlů a kamen.

Zemědělský odpad se přeměňuje na kapalné palivo a bioplyn pro dieselové motory. Skládkový plyn se ale vůbec nepoužívá, jen se uvolňuje do atmosféry a poškozuje životní prostředí.

Společnosti zabývající se obnovitelnými zdroji energie

Zvyšující se investice do obnovitelných zdrojů energie a vládní podpora pomáhají mnoha společnostem úspěšně podnikat.

Společnost First Solar Inc.

Tato americká společnost byla založena v roce 1990 a proslavila se výrobou solárních panelů. Nyní je největší společností, která prodává solární moduly, dodává zařízení a je zodpovědná za technické služby.

Vestas Wind Systems A / S

Nejstarší výrobce větrných turbín z Dánska. Společnost byla založena v roce 1898 a do dnešního dne instalovala více než 60 tisíc větrných turbín v 63 zemích. Vestas prodává jednotlivé generátory, kompletní stanice a servisní zařízení.

Atlantica Yield PLC

Tato londýnská společnost vlastní klasické elektrické vedení, solární a větrné farmy v Severní Americe, Španělsku, Alžírsku, Jižní Americe a Jižní Africe.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Švédsko-švýcarská společnost známá pro automobilové motory, generátory a robotiku. Od roku 1999 značka transformuje solární a větrnou energii. V roce 2013 se společnost stala světovým lídrem v oblasti fotovoltaických energetických zařízení.

Dostávejte jeden z nejčtenějších článků e-mailem jednou denně. Připojte se k nám na Facebooku a VKontakte.

Energetika se dlouhodobě rozvíjí mílovými kroky. Tomu navíc napomáhá nejen rozsah vědeckého a technologického pokroku, ale také praktická nutnost, protože zásoby tradičnějšího uhlí, plynu a ropy dříve nebo později dojdou. Není proto nic překvapivého na tom, že již řada konceptů využívaných obnovitelnými zdroji ukazuje svou relevanci a efektivitu. Vaší pozornosti je „desatero“ účinných alternativních zdrojů energie, které se brzy stanou všudypřítomnými.

1. “Slunečná okna”

K dnešnímu dni se mezi alternativními zdroji energie Slunce zdá být jedním z nejviditelnějších a nejspolehlivějších. Nejběžnější možnosti jeho použití – solární panely – však zůstávají poměrně drahé na výrobu, takže odborníci pokračují ve zdokonalování systémů tohoto druhu akce.

Jedním z nejslibnějších na této cestě je koncept SolarWindow. Technologie tohoto projektu je taková, že umožňuje použití průhledných plastových skel jako solárních panelů, které lze instalovat prakticky na každé okno. Mezi zřejmé výhody tohoto konceptu patří vysoká účinnost, rozumné výrobní náklady takových panelů a také možnost jejich instalace tam, kde nelze umístit tradiční baterie.

2. Solární baterie Betaray

Souběžně s novými koncepty využití solární energie vědci aktivně vyvíjejí pokročilejší baterie. Za nejkurióznější a nejslibnější lze v tomto směru považovat instalaci pro akumulaci slunečního záření zvanou Betaray. Nazývá se také koncentrátor nebo sférický generátor.

Betaray má velmi originální design – ve skutečnosti je to koule naplněná kapalinou a pokrytá tepelně zachycujícími panely, která je umístěna na stojanu. Navzdory tomu, že jeho výrobu lze jen stěží nazvat levnou, ve srovnání se stejnými výše uvedenými okenními panely je však účinnost koncentrátoru opravdu úžasná: dokáže například vyrobit čtyřikrát více energie než standardní solární panely.

3. Geotermální stanice

Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že zdroje geotermální energie se používají již dlouhou dobu a jsou již rozšířeny po celé planetě, ale stále jsou považovány za alternativní. Nespornou výhodou této technologie je, že energie je odebírána přímo z tepla samotné Země, tedy na rozdíl od těžby ropy, plynu nebo uhlí nepřispívá ke ztrátě jejích zdrojů. Jednou z nejproduktivnějších tepelných elektráren, které již byly postaveny, jsou ty postavené na sopkách: podle redakce Novate.ru je jedno takové zařízení schopno zásobovat elektřinou téměř 12 XNUMX obytných budov.

4. Větrná farma v podobě nafukovací turbíny

Větrné elektrárny se již aktivně staví po celém světě, ale vědci se rozhodli nezastavit se a jít na novou úroveň ve vytváření takových zařízení. A u jednoho takového konceptu se vývojáři obrátili na zkušenosti z letectví. Jejich nafukovací turbína, která je naplněna héliem, vypadá velmi podobně jako letadlo.

A princip jeho fungování spočívá v tom, že po vystoupání do výšky až 600 metrů, kde jsou proudy větru konstantní a poměrně silné, generovat energii přímo ze vzduchu. Mezi výhody takového konceptu lze rozlišit nízkou cenu, rychlou návratnost z hlediska energie a odolnost vůči nepříznivému počasí.

5. Biopaliva

Dalším velmi perspektivním zdrojem energie jsou biopaliva. Jeho nespornou výhodou je fakt, že se dá pěstovat doslova na polích a to vše proto, že k výrobě energie jsou potřeba rostlinné oleje a k tomu se hodí nejběžnější plodiny, jako je sója nebo kukuřice.

Nejslibnější jako alternativní zdroj energie jsou však kupodivu řasy. Jsou pro to minimálně dva důvody: za prvé jsou to vodní rostliny, které poskytují mnohem více zdrojů než ty suchozemské. A za druhé je lze snadno recyklovat, pokud se jejich odpad použije jako hnojivo.

6. Radioaktivní thorium

Pokusy o zlepšení jaderné energetiky také nikam nevedou, protože právě radioaktivní prvky poskytují obrovské množství energie. Zásob uranu však není tolik, jak bychom si přáli, ale vědci už naplno vyvíjejí technologii, jak zkrotit další chemický prvek – thorium. A to není marné, protože podle Novate.ru jeden gram této radioaktivní látky dává tolik energie jako 28 90 litrů benzínu a stejné ukazatele uranu jsou XNUMXkrát vyšší.

Pro spravedlnost je třeba poznamenat, že thorium se dlouho používá v jaderných reaktorech, ale dnes je v energetice, jak se říká, na okraji, protože jeho použití je pracnější než uran. A přesto odborníci vývoj thoria neopustí, protože podle geologického průzkumu světové zásoby tohoto prvku v zemské kůře převyšují zásoby uranu 3-4krát, takže vyhlídky tohoto potenciálního zdroje energie jsou zřejmé.

7 Přílivová energie

O tom, jak využít příliv a odliv jako zdroje energie, přemýšlelo lidstvo relativně nedávno. Několik zajímavých konceptů však již bylo vyvinuto. Generátor vlny Oyster je považován za nejslibnější z nich – práce na něm začaly teprve v roce 2009. Zajímavý název – “ústřice” – je způsoben tím, že instalace má vnější podobnost s tímto mořským měkkýšem.

K dnešnímu dni byl generátor Oyster nejen dokončen a otestován, ale také úspěšně provozován. Ve Skotsku tedy byly spuštěny dvě vlnové instalace a jejich práce stačí na zásobování energií 80 obytných budov. Proto má projekt všechny šance na rozvoj a oživení budov po celém světě.

8. Mezinárodní experimentální termonukleární reaktor

Se všemi nedostatky, které mohou při práci s jadernými elektrárnami nastat, jsou i nadále jedním z nejvýkonnějších zdrojů energie, které má dnes lidstvo k dispozici. Proto není divu, že se rozvíjí i tento směr. A možná za nejslibnější takový koncept lze považovat projekt ITER, který realizují specialisté ze zemí EU, Ruské federace, USA, Číny, Jižní Koreje, Japonska a Kazachstánu.

Vývojem je vytvoření mezinárodního experimentálního termonukleárního reaktoru, který názorně prokáže možnost komerčního využití termojaderné fúzní reakce. Tento projekt byl koncipován již dávno – již v osmdesátých letech minulého století, ale teprve před 11 lety se začalo s výstavbou zařízení. Samotný reaktor se začal montovat teprve loni, dokončit ho plánují zhruba za pět let.

9. Mikrovlnný generátor

Velmi ambiciózní projekt motoru s názvem EmDrive před časem představil britský inženýr Robert Shoer. Navíc je tak úžasný, že mnoho vědců jeho výkonu vůbec nevěří. A to vše proto, že Shoerův vývoj ve skutečnosti vyvrací přinejmenším třetí Newtonův zákon.

Zpočátku inženýr navrhl použít svůj vynález jako alternativu k obvyklému palivu pro kosmické lodě a umělé satelity. Principem jeho fungování je využití rezonančních mikrovln, které by hypoteticky měly vytvořit silný tryskový tah. Doposud ani testy provedené v NASA nedaly konkrétní odpověď na otázku – funguje tento motor. Ale pokud se ukáže, že Shoerův koncept není šarlatánstvím, ale skutečným zdrojem energie, pak to způsobí revoluci v celé fyzice.

10. Viry

Takový neobvyklý alternativní zdroj energie nedávno představili vědci z Národní laboratoře. Lawrence v Berkeley. Stalo se to takto: odborníci objevili virus, který je schopen generovat elektřinu díky deformaci upravených materiálů. Takové jedinečné vlastnosti byly pozorovány u neškodných bakteriofágových virů M13. Vývoj této technologie pokračuje, ale dnes se již úspěšně používá k napájení obrazovek notebooků a smartphonů.

Stejně důležité jsou automobilové motory, které jsou někdy vyrobeny tak efektivně, že vejdou do historie.