Probleme și perspective ale energiei moderne. Energia rusă: probleme și perspective
Problema energiei este una dintre cele mai importante probleme pe care omenirea trebuie să le rezolve astăzi. Asemenea realizări ale științei și tehnologiei ca mijloace de comunicare instantanee, transport rapid și explorare spațială au devenit deja familiare. Dar toate acestea necesită o cheltuială uriașă de energie. Creșterea bruscă a producției și consumului de energie a pus în discuție o nouă problemă acută a poluării mediului, care reprezintă un pericol grav pentru omenire.
Nevoile mondiale de energie vor crește rapid în următoarele decenii. Orice sursă de energie nu le va putea furniza, așa că este necesar să se dezvolte toate sursele de energie și să se utilizeze eficient resursele energetice.
În următoarea etapă de dezvoltare a energiei (primele decenii ale secolului XXI), energia pe cărbune și energia nucleară cu reactoare termice și cu neutroni rapidi vor rămâne cele mai promițătoare. Cu toate acestea, se poate spera că omenirea nu se va opri pe calea progresului asociată cu consumul de energie în cantități din ce în ce mai mari.
Cuvântul „energie” din greacă înseamnă acțiune, activitate. Importanța conceptului de energie este determinată de faptul că se supune legii conservării. Conceptul de energie ajută la înțelegerea imposibilității creării unei mașini cu mișcare perpetuă. Lucrările pot fi efectuate numai ca urmare a anumitor modificări în corpurile sau sistemele din jur (combustibil de ardere, căderea apei). Capacitatea unui corp în timpul tranziției sale de la o stare la alta de a efectua o anumită muncă (capacitate de lucru) a fost numită energie. Acum, mai mult ca niciodată, a apărut întrebarea: ce așteaptă omenirea - foamea de energie sau abundența de energie. Articolele despre criza energetică nu părăsesc paginile ziarelor și revistelor. Legile inexorabile ale naturii afirmă că singura modalitate de a obține energie utilizabilă este conversia acesteia din alte forme. Din păcate, aparatele cu mișcare perpetuă nu sunt posibile. Iar astăzi, 4 din 5 kilowați de energie electrică produși se obțin prin arderea combustibilului sau folosind energia chimică stocată în acesta, transformându-l în energie electrică la stațiile termice. Creșterea prețului petrolului, dezvoltarea rapidă a energiei nucleare, cerințele tot mai mari pentru protecția mediului au necesitat o nouă abordare a energiei.
Nu e de mirare că spun: „Energia este pâinea industriei”. Cu cât industria și tehnologia sunt mai dezvoltate, cu atât au nevoie de mai multă energie. Există chiar și un concept special - „dezvoltarea avansată a energiei”. Aceasta înseamnă că nicio întreprindere industrială, nici un oraș nou sau chiar o casă nu poate fi construită înainte ca sursa de energie să fi fost identificată sau recreată,
pe care le vor consuma. De aceea, după cantitatea de energie produsă și utilizată, se poate judeca destul de exact puterea tehnică și economică sau, mai simplu, bogăția oricărui stat.
În natură, rezervele de energie sunt uriașe. Este purtat de razele soarelui, vânturi și mase de apă în mișcare, este depozitat în lemn, depozite de gaz, petrol și cărbune. Energia „sigilată” în nucleele atomilor materiei este practic nelimitată. Dar nu toate formele sale sunt potrivite pentru utilizare directă.
De-a lungul istoriei lungi a industriei energetice, s-au acumulat multe mijloace tehnice și metode pentru extragerea energiei și transformarea acesteia în formele de care oamenii au nevoie. De fapt, o persoană a devenit persoană doar atunci când a învățat să primească și să folosească energia termică. Focul focurilor a fost aprins de primii oameni care nu i-au înțeles încă natura, totuși, această metodă de transformare a substanțelor chimice
energie în energie termică a fost păstrată și îmbunătățită de mii de ani.
La energia propriilor mușchi și a focului, oamenii au adăugat energia musculară a animalelor. Ei au inventat o tehnică de îndepărtare a apei legate chimic din argilă folosind energia termică a focului - cuptoare de ceramică, care produceau produse ceramice durabile. Desigur, procesele au loc în același timp, o persoană a învățat doar milenii mai târziu.
Apoi oamenii au venit cu mori - o tehnică de transformare a energiei curenților vântului și a vântului în energia mecanică a unui arbore care se rotește. Dar numai odată cu inventarea unui motor cu abur, a unui motor cu ardere internă, a turbinelor hidraulice, cu abur și cu gaz, a unui generator electric și a unui motor, omenirea a avut la dispoziție suficient de puternică.
dispozitive tehnice. Ele sunt capabile să transforme energia naturală în celelalte tipuri ale sale, convenabile pentru utilizare și obținând cantități mari de muncă. Căutarea de noi surse de energie nu s-a încheiat aici: bateriile, pilele de combustie, convertoarele energiei solare în energie electrică și, deja la mijlocul secolului XX, au fost inventate reactoarele nucleare.
Problema furnizării de energie electrică a multor sectoare ale economiei mondiale, nevoile în continuă creștere a peste șase miliarde de oameni ai Pământului devin acum din ce în ce mai urgente.
Baza energiei mondiale moderne sunt centralele termice și hidroelectrice. Cu toate acestea, dezvoltarea lor este limitată de o serie de factori. Costul cărbunelui, petrolului și gazului, care alimentează centralele termice, este în creștere, iar resursele naturale ale acestor combustibili sunt în scădere. În plus, multe țări nu au propriile resurse de combustibil sau le lipsesc. În procesul de generare a energiei electrice la centralele termice, substanțe nocive sunt eliberate în atmosferă. Mai mult, dacă combustibilul este cărbune, în special maro, de mică valoare pentru un alt tip de utilizare și cu un conținut ridicat de impurități inutile, emisiile ating proporții colosale. Și, în sfârșit, accidentele de la centralele termice provoacă pagube mari naturii, comparabile cu daunele oricărui incendiu major. În cel mai rău caz, un astfel de incendiu poate fi însoțit de o explozie cu formarea unui nor de praf de cărbune sau funingine.
Resursele hidroenergetice din țările dezvoltate sunt utilizate aproape în totalitate: majoritatea tronsoanelor de râu potrivite pentru construcția hidrotehnică au fost deja dezvoltate. Și ce rău îi fac naturii centralele hidroelectrice! Nu există emisii în aer de la HPP, dar
provoacă daune semnificative mediului acvatic. În primul rând, peștii care nu pot depăși barajele hidroelectrice au de suferit. Pe râurile în care sunt construite hidrocentrale, mai ales dacă sunt mai multe dintre ele - așa-numitele cascade de hidrocentrale - cantitatea de apă înainte și după baraje se modifică dramatic. Rezervoare uriașe se revarsă pe râurile plate, iar terenurile inundate se pierd iremediabil pentru agricultură, păduri, pajiști și așezări umane. În ceea ce privește accidentele la hidrocentrale, în cazul unei străpungeri a oricărei hidrocentrale se formează un val uriaș care va mătura toate hidrocentralele situate sub baraj. Dar majoritatea acestor baraje sunt situate în apropierea orașelor mari cu o populație de câteva sute de mii de locuitori.
Ieșirea din această situație a fost văzută în dezvoltarea energiei nucleare. Până la sfârșitul anului 1989, peste 400 de centrale nucleare (CNP) au fost construite și exploatate în lume. Astăzi, însă, centralele nucleare nu mai sunt considerate o sursă de energie ieftină și prietenoasă cu mediul. Centralele nucleare sunt alimentate cu minereu de uraniu, care este o materie primă scumpă și greu de extras, ale cărei rezerve sunt limitate. În plus, construcția și exploatarea centralelor nucleare sunt asociate cu mari dificultăți și costuri. Doar câteva țări continuă acum să construiască noi centrale nucleare. Problemele poluării mediului reprezintă o frână serioasă pentru dezvoltarea ulterioară a energiei nucleare. Toate acestea complică și mai mult atitudinea față de energia nucleară. Din ce în ce mai mult, se solicită renunțarea la utilizarea combustibilului nuclear în general, închiderea tuturor centralelor nucleare și revenirea la producția de energie electrică la centralele termice și hidroelectrice, precum și utilizarea așa-numitelor surse regenerabile - mici, sau „netradiționale” - tipuri de generare de energie. Acestea din urmă includ în primul rând instalații și dispozitive care folosesc energia vântului, a apei, a soarelui, a energiei geotermale, precum și a căldurii conținute în apă, aer și pământ.
Fără a exagera, complexul de energie electrică poate fi numit una dintre industriile cheie. Fără electricitate, producția în aproape orice altă zonă este imposibilă. Astfel, întreaga economie a țării noastre depinde în cele din urmă de energie. Să încercăm să ne dăm seama în ce stare se află industria energetică rusă în acest moment și la ce să ne așteptăm de la ea în viitor.
Rusia este unul dintre liderii pieței globale de energie
În prezent, Rusia este unul dintre cei mai mari zece producători de energie electrică și una dintre țările cu cele mai mari rezerve de resurse energetice. În multe privințe, conducerea de astăzi a fost determinată de meritele constructorilor sovietici - vorbim despre construcția pe scară largă a centralelor termice și hidroelectrice (proiectul GOELRO) și mai târziu a centralelor nucleare. În anii 1960 și 1980, progresul a fost asigurat prin dezvoltarea activă a resurselor naturale ale Siberiei de Vest și de Est.
Dar în ultimul deceniu al secolului al XX-lea, energia a fost practic abandonată. Noile proiecte puse în funcțiune în acea perioadă pot fi literalmente numărate pe degete. La începutul anilor 2000, situația a început să se îmbunătățească treptat, dar există încă o mulțime de probleme, iar ratele de creștere nu sunt atât de mari pe cât ne-am dori.
Flagel energetic - echipamente și tehnologii învechite, lipsă de personal și investiții
Potrivit experților, între 50 și 80% din echipamentele folosite astăzi în producția de energie rusă și-au epuizat deja sau își vor epuiza resursele în următorii ani. Și asta înseamnă că în viitorul apropiat ne putem confrunta cu o penurie de energie electrică și, după cum ați putea ghici, cu o creștere a prețurilor. În ciuda faptului că din 2003 s-a înregistrat o creștere a producției de energie electrică, energia electrică devine din ce în ce mai rară. Nu avem suficientă capacitate de generare, iar ceea ce avem nu este folosit suficient de eficient: este adesea dificil să transferăm întreaga cantitate de energie generată către consumator din cauza dezvoltării insuficiente a rețelelor electrice.
Principala problemă pe care am moștenit-o de la URSS este că jumătate din energia electrică din țară este generată de turbine cu abur pe gaz, care se caracterizează printr-o eficiență scăzută. Eficiența turbinelor cu gaz cu abur este de o ori și jumătate mai mică decât cea a unităților cu ciclu combinat.
Țările Uniunii Europene și SUA înlocuiesc treptat tehnologia depășită a turbinelor cu abur. Astăzi, mai puțin de 30% din energie electrică este generată acolo pe astfel de blocuri.
În 2009, experții de la Banca Europeană pentru Reconstrucție și Dezvoltare au efectuat un studiu asupra complexului energetic rusesc și au ajuns la concluzia că este nevoie de o reformă radicală, inclusiv de înlocuirea completă a echipamentelor la majoritatea hidrocentralelor și termocentralelor din țară. Conform calculelor acestora, costul total al modernizării industriei va fi de cel puțin 48 de miliarde de euro.
Totodată, anul trecut am reușit să punem în funcțiune instalații de producție care generează 6 GW de energie electrică, ceea ce a fost o cifră record din 1985.
Pe de altă parte, industria rusă continuă să fie extrem de consumatoare de energie. Costurile energiei pentru producția de PIB depășesc media mondială de 2,3 ori, iar în raport cu indicatorul țărilor europene - de trei ori.
O altă problemă este reducerea potențialului științific și de producție în industrie. Astăzi suntem capabili să producem generatoare și transformatoare care nu sunt inferioare în ceea ce privește parametrii de funcționare față de analogii lumii. Dar în ceea ce privește fiabilitatea și siguranța, există deja un anumit decalaj. În plus, modernizarea instalațiilor de producție existente și introducerea de noi tehnologii este îngreunată, printre altele, de lipsa numărului necesar de specialiști cu calificările necesare.
La ce să te aștepți în viitor?
Conform previziunilor experților, în perioada 2007-2015, creșterea cererii interne de energie electrică va avea o medie de 3,7-4,0% pe an, iar în perioada 2016-2020 - 3,6-3,7%. Scăderea creșterii se explică prin modernizarea producției și introducerea unor tehnologii mai puțin consumatoare de energie. În acest sens, în fiecare an inginerii energetici trebuie să pună în funcțiune capacități generatoare de 130-200 milioane kW.
Guvernul Federației Ruse a decis să implementeze mai multe programe, în cadrul cărora se preconizează reducerea intensității energetice a diferitelor domenii ale economiei:
- „Tristru eficient din punct de vedere energetic”. În cadrul programului, este planificată modernizarea radicală a sistemelor de alimentare cu energie a unui număr de orașe mici și microdistricte individuale. Ulterior, experiența va fi extinsă la sistemele din întreaga țară;
- „Energie Mică Integrată”, în cadrul căreia se preconizează înlocuirea echipamentelor capacităților locale de generare;
- „Energie inovatoare”, un proiect de introducere a tehnologiilor și soluțiilor noi.
În plus, se acordă o atenție considerabilă energiei nucleare. Datorită experienței acumulate, Rusia are toate oportunitățile de a rămâne competitivă pe piața mondială. Totuși, trebuie înțeles că 15 ani de degradare nu au putut decât să afecteze industria, așa că astăzi are nevoie de investiții semnificative.
Conform planurilor de stat, în 2015 creșterea capacităților de generare a centralelor nucleare ar trebui să ajungă la 34-36 GW, iar până în 2020 - 51-53 GW. Începând din următorul deceniu, este planificată o tranziție treptată către o nouă platformă bazată pe exploatarea reacției rapide cu neutroni și un ciclu închis al combustibilului.
Oricum ar fi, pentru rezolvarea problemelor din complexul energetic se impune o creștere semnificativă a investițiilor, o creștere a eficienței energetice a industriei, precum și o extindere a producției de energie electrică din surse alternative.
Din păcate, nu cu mult timp în urmă am făcut o greșeală destul de gravă: divizarea și privatizarea RAO UES din Rusia. S-a planificat ca, dacă i se permitea intrarea capitalului privat în industrie, acest lucru ar stimula-o să investească în dezvoltare și modernizare. Dar asta nu s-a întâmplat. Proprietarii de capacități de generare și companiile de furnizare continuă să opereze echipamente învechite, nedorind să investească în modernizare. Aici, ca și în multe alte industrii, se aplică aceeași regulă: concentrarea pe profituri „rapide” și lipsa de dorință de a se gândi la viitor. Investițiile în complexul energetic de către stat reprezintă încă 85-90% din total. Rezultă că statul investește fondurile, iar comerciantul privat primește profitul.
În legătură cu toate acestea, nu este greu de concluzionat că astăzi autoritățile ar trebui să se ocupe de introducerea unor modificări în legislație care ar viza:
Creșterea controlului asupra activităților companiilor din industrie;
Stabilirea anumitor indicatori de profit, pe care proprietarul societatii este obligat sa ii orienteze catre reinnoirea mijloacelor fixe si introducerea de noi tehnologii, sau, optional, stimulente economice pentru modernizare prin stimulente fiscale si alte concesii;
Revenirea oficialilor de specialitate la conducerea companiilor de stat din sectorul energetic. Acest lucru va spori controlul și un control mai bun al situației. Măsura, desigur, este în mare măsură controversată, dar dacă managerii privați nu funcționează corect, pur și simplu nu va mai rămâne nimic altceva.
Una dintre problemele globale ale timpului nostru este epuizarea rezervelor de combustibil utilizate în sectorul energetic (petrol, gaze, cărbune, șisturi bituminoase etc.). În plus, aceste tipuri de combustibil (aplicate cerințelor moderne) nu sunt ecologice, deoarece atunci când sunt arse, o mare cantitate de substanțe nocive este eliberată în atmosferă și o mare cantitate de deșeuri solide (cenusa, cenusa si zgura) format.
Cu toate acestea, aproximativ 50% din energie electrică este furnizată de centrale termice care ard combustibili solizi (cărbune, turbă, șisturi petroliere), condensat de petrol și gaze și gaze. La arderea combustibililor solizi, în principal cărbunele și cărbunele brun (până la 30% din volumul total mondial de combustibil ars), sunt emise în atmosferă sulf și dioxid de sulf, oxizi de azot, dioxid de carbon, funingine și metale grele. Emisiile centralelor electrice care funcționează pe cărbune (și alte tipuri de combustibili solizi) au servit drept factor în apariția ploii acide.
Cu siguranță se folosesc diverse filtre, capcane de fum și particule, catalizatori, dar până acum nu sunt atât de eficiente și costisitoare. În plus, la arderea combustibililor solizi, se formează o cantitate imensă de cenușă, zgură și cenușă și zgură. Până la 3,5 miliarde de tone de deșeuri produse de om de la centralele electrice se acumulează anual pe teritoriul Rusiei! Trebuie remarcat faptul că la exploatarea a 1 tonă de cărbune prin metoda minelor se formează 0,5 tone de rocă sterilă, la exploatarea prin metoda deschisă (cară), 6 tone, iar la arderea a 1 tonă de cărbune, 130 kg de cenușă și se formează cenușă și zgură.
Cenușa și cenușa și zgura de la centralele electrice (dar doar 2% din cantitatea de deșeuri!) sunt utilizate în prezent cu succes în construcții, producția de materiale de construcție și construcția drumurilor.
Haldele de roci sterile (http://politiko.ua/blogpost79251)
Peste 61 de milioane de tone de haldări de cenuşă şi zgură ale termocentralelor sunt consumate anual pentru reciclare (pentru producerea de lianţi, producţia de ceramică, materiale refractare, materiale de izolare termică şi fonică, deşeuri care conţin cărbune bogate în compuşi organici). ca îngrășăminte minerale). Aceasta este o afacere de succes și în creștere, excluzând costurile miniere și (parțial) de transport - doar procesare și utilizare.
Cu toate acestea, utilizarea efectivă a deșeurilor de energie în Rusia nu este mai mare de 4-5%. Principalele probleme sunt legate atât de leneșarea birocrației, de un număr mare de aprobări, cât și de lipsa de dorință a oamenilor de afaceri de a investi (încă!) în întreprinderile de procesare a deșeurilor care nu aduc venituri rapide. Nu se poate face fără ajutorul statului (cel puțin legislativ) și al stimulentelor fiscale.
Experții notează că rezervele de combustibili neregenerabili (cărbune, șisturi bituminoase, petrol, gaze, pentru centralele nucleare) nu sunt nelimitate, iar într-un anumit număr de ani, omenirea se va confrunta cu problema foamei de energie (conform experților, rezervele de petrol din Rusia vor dura 21 de ani, gaze timp de 50-60 de ani). În prezent, este necesar și relevant să se investească în tipuri alternative de energie și combustibil, dezvoltarea și extinderea acestor tehnologii.
O alternativă la emisiile nocive de la centralele electrice este energia nucleară. Cu toate acestea, această ramură a energiei este nesigură pentru mediu și amenință cu probleme de mediu monstruoase în cazul unor dezastre foarte posibile și imprevizibile (amintiți-vă, de exemplu, Cernobîl în 1986). În plus, există o problemă acută de eliminare și prelucrare a deșeurilor radioactive (care, în special, se realizează în Rusia). Întreprinderile rusești procesează deșeuri radioactive din toată Europa, iar doar 10% sunt îmbogățite la starea de uraniu natural, restul de 90% (!!!) pot fi doar eliminate (MK, 10 martie 2006). Garanții pentru contaminarea mediului cu deșeuri radioactive nu exista!
Combustibilul nuclear (uraniul) este una dintre rezervele neregenerabile de materii prime energetice naturale, iar Rusia se confruntă în prezent cu o „foame de uraniu”. În urmă cu câțiva ani, șeful Agenției Federale pentru Utilizarea Subsolului A. Ledovskikh a remarcat (Rossiyskaya Gazeta, 28 februarie 2006) că, după prăbușirea URSS, nu mai mult de 20% din toate rezervele de uraniu explorate au rămas în Rusia și cu o cerere anuală de uraniu de 15-16 mii de tone, se extrag puțin mai mult de 3 mii de tone. Stocurile existente de uraniu vor dura doar până în 2015-2020.
Cu toate acestea, tipurile de energie regenerabilă sunt binecunoscute: apa (hidrocentrale), energia solară (energia solară), vântul (energia eoliană), căldura Pământului (hidrotermală), puterea mareelor.
Puterea de curgere a apei, de ex. hidrocentralele sunt de mult timp (din 1891) și sunt utilizate pe scară largă în întreaga lume. Sunt considerați (deși foarte condiționat) ecologici, deoarece practic nu există emisii în atmosferă. Dar cascadele de centrale electrice care au transformat o serie de râuri (de exemplu, Volga) în lanțuri de rezervoare nu sunt un panaceu pentru toate bolile energetice și de mediu. În timpul construcției și exploatării rezervoarelor, apar probleme serioase - înstrăinarea și inundarea terenurilor agricole, pădurilor, așezărilor, ceea ce necesită relocarea rezidenților.
De exemplu, în timpul construcției lacului de acumulare Novosibirsk, 54 de așezări au intrat sub apă și 281 km 2 de teren agricol doar au fost inundați. În timpul construcției cascadei de rezervoare Angarsk (Irkutsk, Bratsk, Ust-Ilimsk), 760 de mii de hectare de teren (230 de mii de hectare de arabile și pășuni, 500 de mii de hectare de teren forestier), orașul Balagansk și vechiul Bratsk, mai mult peste 300 de sate au fost inundate.
În plus, rezervoarele contribuie la intensificarea și chiar la apariția activității seismice. Așa că, de exemplu, în 1967 în India, pe Podișul Deccan, a avut loc un cutremur de magnitudinea 8, provocat de lacul de acumulare Koid, deși conform cercetărilor și studiilor preliminare, această zonă era considerată sigură din punct de vedere seismic.
Accidentele de la GHPP pot duce la dezastre grave provocate de om, așa cum sa întâmplat, de exemplu, la CHE Sayano-Shushenskaya17 august 2009. În urma accidentului, 75 de persoane au murit, s-au produs avarii grave echipamentelor și incintelor stației. Lucrările stației de producere a energiei electrice au fost suspendate. Consecințele accidentului au afectat situația ecologică a teritoriului adiacent, precum și sferele sociale și economice ale regiunii.
Există și alte probleme asociate atât cu construcția de baraje (utilizarea a milioane de metri cubi de diverse materiale de construcție), cât și cele asociate cu funcționarea rezervoarelor (înmulțirea fundului, suprafața mlaștinilor de turbă, abraziunea malurilor, activarea negativului). procesele geologice, amenințarea cu străpungerile barajului etc.). Astfel, deși marile hidrocentrale rezolvă problemele energetice, ele creează atât probleme de mediu, cât și probleme sociale.
O alternativă la HPP mari este mini HPP, adică centrale hidroelectrice mici care nu necesită un volum mare de apă (sub formă de rezervoare) și furnizează energie, de exemplu, unui oraș sau unei întreprinderi. Cascadele de mini-HPP-uri vor putea concura cu monștri mari de energie. Care sunt problemele și perspectivele în acest domeniu?
Minihidrocentralele se pot dovedi foarte bine în zonele cu curenți puternici de râu și, în prezent, miniturbinele sunt necesare special pentru centralele hidroelectrice mici. Producția de turbine mici pentru mini-HP-uri și, cel mai important, atragerea investițiilor este deja o necesitate. Cu problemele energetice moderne și cu creșterea costului tarifelor la energie electrică, sunt necesare autonomie și independență față de rețelele energetice.
Energie solară (energie solară). Recent, interesul pentru problema utilizării energiei solare (energie solară) a crescut dramatic.
Centralele solare pot fi folosite atât pentru rezolvarea problemelor energetice locale, cât și a problemelor energetice globale. Aplicația practică în lume a fost primită în principal de centralele hibride solare cu combustibil (costul energiei electrice generate este de 0,08-0,12 USD per kWh).
Centrale solare în Spania (Andaluzia). Poza autorului
Ca exemplu de aplicare cu succes a tehnologiilor solare, poate fi remarcat proiectul Solar Roofs 2000 din Germania, unde a fost dezvoltată o tehnologie pentru izolarea termică transparentă a clădirilor și instalarea de colectoare solare cu o temperatură de 90-50 ° C. Această tehnologie depinde însă de o sursă de rezervă a rețelei electrice, din care se compensează lipsa de energie (în cazul unui exces, energia este transferată în rețea). De remarcat că în timpul implementării acestui proiect, până la 70% din costul instalațiilor a fost plătit din bugetele federale și funciare.
În SUA, încălzitoare solare de apă cu o capacitate totală de 1400 MW sunt instalate în 1,5 milioane de case. În deșertul Mojave (SUA), la 250 km de Los Angeles, a fost creată cea mai mare stație solară LUZ din lume, cu o capacitate de aproximativ 600 MW. Costul proiectului s-a ridicat la 1,5 miliarde de dolari.
Producția în masă și utilizarea centralelor solare în sistemul energetic global este asociată cu crearea de tehnologii și materiale care pot reduce costul capacității instalate la 1-2 USD/W, iar costul energiei electrice la 0,1 USD/kWh.
Principala limitare pentru o astfel de reducere a costurilor este costul ridicat al siliciului de înaltă calitate – 40-100 USD/kg. Prin urmare, crearea de noi tehnologii pentru producerea siliciului, oferind o reducere radicală a costului acestuia, este sarcina numărul unu în lista tehnologiilor alternative din sectorul energetic. Rusia are în prezent tehnologia și capacitatea de producție pentru a produce 2 MW de celule și module solare pe an.
Dacă luăm randamentul unei centrale termice care funcționează cu păcură ca fiind de 33%, atunci 1 kg de siliciu din punct de vedere al energiei electrice generate echivalează cu aproximativ 75 de tone de petrol! Rezervele uriașe de siliciu sub formă de nisipuri, cuarțit, gresie disponibile în Rusia sunt destul de potrivite pentru tehnologiile de afaceri de mediu asociate cu energia solară modernă.
Există însă și dezavantaje... Funcționarea eficientă a stațiilor solare este posibilă doar în anumite zone cu insolație solară ridicată. În plus, energia solară este unul dintre tipurile de producție de energie cu cea mai mare intensitate de materiale (exploatarea materiilor prime de siliciu și prelucrarea și îmbogățirea acestuia, fabricarea heliostatelor, colectoarelor etc.). Trebuie remarcat faptul că pentru producerea a 1 MW/an de energie electrică folosind energia solară, va fi necesar să se cheltuiască între 10.000 și 40.000 de ore-om, în energie tradițională folosind combustibili fosili, această cifră este de 200-500 de ore-om. .
Până acum, electricitatea generată de razele soarelui este mult mai scumpă decât cea obținută prin metode tradiționale. Și deși în prezent capacitatea totală mondială a instalațiilor fotovoltaice autonome a ajuns la 500 MW, asistența statului este în continuare indispensabilă. Programul de amploare „Million Solar Roofs”, adoptat în SUA, a necesitat peste 6 miliarde de dolari din bugetul federal pentru implementarea sa.
Este planificat să cheltuiască 10 milioane de dolari pentru dezvoltarea energiei solare în Republica Kazahstan doar în prima etapă.
energie eoliana. Energia eoliană este una dintre cele mai tinere industrii energetice, dar creșterea anuală a cifrei de afaceri în ea este impresionantă. De exemplu, în 2003, prin energia eoliană mondială au „trecut” circa 3 miliarde de euro, iar în 2004 – 8 miliarde, în 2005 – 12 miliarde de euro! În multe țări, a apărut o nouă industrie - ingineria energiei eoliene. Pe termen scurt, energia eoliană își va păstra pozițiile de lider, iar liderii mondiali în utilizarea energiei eoliene sunt SUA, Germania, Țările de Jos, Danemarca și India.
Capacitatea totală instalată globală a centralelor mari eoliene (WPP) și a centralelor eoliene (WPP), conform diferitelor estimări, variază de la 10 la 2
0 GW. Investiția specifică în energia eoliană este mai mică decât atunci când se utilizează majoritatea celorlalte tipuri de energie alternative, nu doar capacitatea totală a turbinelor eoliene crește, ci și capacitatea unitară a acestora, care a depășit 1 MW.
Turbine eoliene în Pirinei, granița dintre Spania și Andorra. Poza autorului
Tarifa, Andaluzia. Turbine eoliene pe vârfurile munților. Poza autorului
Franţa. Turbine eoliene printre podgorii. Poza autorului
Franţa. Provence. Instalații eoliene. Poza autorului
Există deja 14.000 de turbine eoliene care funcționează în Germania, care produc o treime din energia eoliană din lume, și există mai mult de o mie de întreprinderi care lucrează cu tehnologii de energie eoliană. Cel mai mare generator eolian din lume cu o capacitate de 3000 kW și o înălțime de 150 de metri a fost instalat în 1982 în nordul Germaniei, în Friesland.
În Rusia, există și o cerere de echipamente eoliene, care este asociată cu creșterea prețurilor la sursele de energie fosilă și energie electrică, nevoia de a respecta reglementările de mediu, „activitățile” monopolurilor energetice și infrastructura țării în general. Au fost create mostre de centrale eoliene domestice (WPP) cu o capacitate de 250 și 1000 kW, care sunt încă în exploatare de probă.
În Rusia, există deja companii pentru producția, instalarea și exploatarea centralelor eoliene (Vetropark Engineering, Complexul Energetic Eolian CJSC și o serie de altele), producând turbine eoliene cu o capacitate de la 300 kW până la 500 kW. Generatoarele eoliene interne („Breeze-5000”, „Breeze-leader”) ale companiei „Electrosphere” funcționează la o viteză a vântului de 3 m/s și produc putere de la 5 la 50 kW. Costul diferitelor tipuri de generatoare electrice „casnice” este de la 5.000 la 10.000 de euro (destul de comparabil cu prețul unei mașini!), iar durata de viață este de până la 20 de ani.
Energia eoliană pentru afacerile rusești este cel mai promițător tip de investiție, deoarece perspectivele în acest caz sunt asociate atât cu mediul înconjurător, cât și cu autonomie completă, independență față de monopolurile energetice. Utilizarea energiei eoliene este posibilă pentru producerea de energie electrică în case particulare, la întreprinderi, iar complexele de turbine eoliene vor putea furniza energie electrică în anumite zone.
În 1996, Rostovenergo JSC a implementat proiectul ruso-german Eldorado-eolian pentru construirea unei centrale eoliene cu o capacitate de 300 kW pe teritoriul fermei subsidiare Markinskoye din districtul Tsymlyansky din regiunea Rostov. Stația ocupă o suprafață de 3 hectare și este formată din 10 turnuri de zăbrele de 27 de metri, dispuse într-un model de șah cu pale de 12 metri, începând să funcționeze la o viteză a vântului de 4 m/s. Energia primită este transferată în rețeaua electrică generală printr-o stație de transformare și deservește nevoile unui mic sat. Complexul este automatizat si controlat prin electronica, iar parcul eolian deservesc doar 4 persoane!
Energia termică a Pământului (surse hidrotermale). Islanda este pe deplin autosuficientă în roșii, mere și chiar banane! Capitala acestui stat insular, orașul Reykjavik (170 de mii de locuitori), este încălzită doar de surse subterane, deoarece practic nu există alte surse locale de energie în Islanda.
Prima centrală electrică (GeoTPP), folosind căldura Pământului, a fost construită în 1904 în orașul italian Larderello, iar astăzi puterea stației a ajuns la 360.000 de kilowați. În Noua Zeelandă, în regiunea Wairakei există o centrală hidrotermală, cu o capacitate de 160.000 de kilowați. O centrală geotermală cu o capacitate de 500.000 de kilowați produce energie electrică la 120 km de San Francisco, în Statele Unite.
În 1967, în Kamchatka a fost creat primul Pauzhetskaya GeoTPP din țara noastră cu o capacitate de 5 MW, care a fost ulterior adus la o capacitate de 11 MW. În 1968, a apărut TPP experimental Kislogubskaya cu o capacitate de 0,4 MW, la construcția căruia a fost utilizată pentru prima dată metoda progresivă de construcție a barajului plutitor.
Kaluga Turbine Works a stăpânit producția de GeoTPP-uri bloc-modulare cu o capacitate de 4 și 20 MW. Trei astfel de unități de 4 MW fiecare au fost instalate la Centrala Geotermală Verkhne-Mutnovskaya din Kamchatka. Următorul în linie este Mutnovskaya GeoTPP cu o capacitate de 40-50 MW, care va fi construit în următorii ani. Trebuie remarcat faptul că sursele hidrotermale sunt disponibile în Rusia numai în Kamchatka și Kurile (într-o măsură mai mică în Caucaz), prin urmare, energia geotermală nu poate juca un rol semnificativ la scara țării în ansamblu, dar pentru aceste zone, care se trezesc periodic în pragul supraviețuirii în așteptarea următoarei cisterne cu combustibil, energia geotermală poate rezolva radical problema aprovizionării cu energie.
Capacitatea globală totală a GeoTPP-urilor este de cel puțin 6 GW, acestea fiind destul de competitive în comparație cu centralele tradiționale cu combustibil. Cu toate acestea, GeoTPP-urile sunt legate geografic de depozite hidrotermale cu abur sau anomalii termice, ceea ce limitează domeniul de aplicare al instalațiilor geotermale.
Bioenergetica. Bioenergia folosește biogazul care conține metan, care se formează în timpul descompunerii (putrezirea) biomasei (dejecții, plante, deșeuri din industria de prelucrare a lemnului și agricultură). Ponderea lemnului în biomasă care este folosită în Europa este de 16%, totuși, biocombustibilii din lemn sunt considerați foarte populari în țările UE, de exemplu, în Suedia, biocombustibilii furnizează cel puțin 21% din căldură pentru încălzirea locuinței.
Cu toate acestea, atunci când biocombustibilii sunt arse, se formează încă dioxid de carbon (deși în cantități mai mici), în plus, există posibilitatea ca biomasa să pătrundă în apele subterane și de suprafață și în sol, iar metanul în atmosferă (în cazul defectării etanșării) și, în consecință , poluarea mediului nu este exclusă. Cu toate acestea, este foarte importantă utilizarea tehnologiilor bioenergetice în complexele agricole rusești (păsări și animale), ceea ce, pe de o parte, rezolvă problema deșeurilor și, pe de altă parte, elimină dependența de companiile energetice, protejează producătorul de creștere. prețurile la energie electrică, ceea ce face posibilă reducerea costului de producție și, de asemenea, vă va scuti de pierderi colosale în caz de întreruperi de curent și de întreruperi de curent (amintim criza energetică din mai 2005).
Energia mareelor și a valurilor. Există o singură centrală mare în funcțiune (TPP) în lume, cu o capacitate anuală de 544 milioane kW - la vărsarea râului Rance, în Franța (Bretania), deschisă în 1966. Pe barajul de peste 800 de metri sunt instalate 24 de turbine generatoare, costul proiectului a fost de 420 de milioane de franci (în prețurile anilor 60 ai secolului XX).
În ceea ce privește perspectivele pentru energia mareelor în Rusia, trebuie remarcat faptul că centralele electrice mareomotrice (TPP) ar trebui să aibă o capacitate foarte mare (Mezenskaya TPP pe Marea Albă - 19200 MW, Tugurskaya TPP pe Marea Okhotsk - 7800 MW ). Câteva sute de unități hidroelectrice la fiecare stație, perioade lungi de construcție, investiții uriașe (atât direct în TPP-uri, cât și în măsurile necesare pentru adaptarea acestora în cadrul sistemului energetic) fac din crearea TPP-urilor un viitor foarte îndepărtat.
Probleme și perspective ale energiei alternative. Din păcate, în calitate de doctor în științe tehnice, șef al departamentului de surse de energie netradiționale și economisire a energiei, SA „Institutul de Energie numit după A.I. G.M. Krzhizhanovsky" Boris Tarnizhevsky, natura „liberă” a majorității tipurilor alternative de energie este asociată cu costuri semnificative pentru achiziționarea de echipamente adecvate. Și apare un anumit paradox - energia alternativă „liberă” poate fi produsă și utilizată în principal de... țările bogate.
Cu toate acestea, statele în curs de dezvoltare sunt cele mai interesate de dezvoltarea unor tipuri alternative de energie, care nu au o infrastructură energetică modernă, o rețea dezvoltată de alimentare centralizată cu energie. Și pentru țările în curs de dezvoltare și (din păcate), inclusiv pentru Rusia (cu teritoriul său vast și condițiile climatice specifice), este necesar să se creeze o alimentare autonomă cu energie prin utilizarea surselor alternative de energie. Țările bogate, însă, nu se confruntă încă cu foamea energetică și manifestă interes pentru energia alternativă, în principal din motive de ecologie, economisire a energiei și diversificare a surselor de energie.
Utilizarea unor tipuri alternative de energie în lume a căpătat o amploare tangibilă și o tendință ascendentă constantă, cu toate acestea, conform AIEA, ponderea tuturor tipurilor de energie alternativă (solară, eoliană, stații de maree etc.) în lume este mai mică de 3-5%.
Potrivit diferitelor estimări predictive, în care în prezent nu există lipsă, această pondere până în 2015. în multe state vor ajunge (sau chiar depăși) doar 10%.
În Rusia, utilizarea practică a unor tipuri alternative de energie rămâne cu mult în urma amplorii realizate în alte țări, în ciuda unor condiții atât de favorabile precum resursele practic nelimitate de tipuri alternative de energie, un potențial științific, tehnic și industrial destul de ridicat în acest domeniu.
În general, este evident că în Rusia frânarea dezvoltării energiei alternative și a utilizării unor tipuri alternative de energie (precum și în multe alte domenii) este atât starea cronică nesatisfăcătoare a economiei, cât și reducerea finanțării în domeniu. a energiei alternative. În plus, un lobby puternic al corporațiilor oligarhice, monopoliștii care vând energie electrică, petrol, gaze, cărbune etc. sta în calea cercetătorilor care lucrează în domeniul acestei probleme. și, desigur, absolut nu sunt interesați să-și slăbească propriile poziții.
Literatură
Kazdym A.A. Perspective ecologice pentru dezvoltarea energiei moderne în Rusia - declarație de problemă / / Energie alternativă și ecologie. Nr. 3 (71), 2009, p. 117-121
Câteva moduri de a rezolva problemele de mediu
Pe termen scurt, energia termică va rămâne dominantă în balanța energetică a lumii și a țărilor individuale.
Următoarele moduri și metode de utilizare a combustibilului (bazate în principal pe îmbunătățirea tehnologiilor de preparare a combustibilului și captarea deșeurilor periculoase) pot reduce semnificativ impactul negativ asupra mediului:
1. Utilizarea si perfectionarea aparatelor de tratare (captarea emisiilor solide si oxizilor de sulf (96%) si azot (80%) si obtinerea de azotat de amoniu - solutie de ingrasamant si sulfat de sodiu pentru industria chimica.
2. Reducerea pătrunderii compușilor sulfului în atmosferă prin desulfurarea prealabilă a cărbunelui (reducerea conținutului de sulf al acestora) și a altor combustibili (petrol, gaz, șisturi bituminoase) prin metode chimice sau fizice. Aceste metode fac posibilă extragerea a până la 50-70% din sulf din combustibil înainte de arderea acestuia.
3. Economisirea energiei - reducerea intensității energetice a produselor (în Statele Unite, s-a cheltuit de 2 ori mai puțină energie per unitate de produse primite decât în fosta URSS, în Japonia - de 3 ori mai puțin), reducerea consumului de metal al produselor, îmbunătățirea calitate și, ca urmare, creșterea duratei de viață .
4. Economisirea energiei în viața de zi cu zi și la locul de muncă prin îmbunătățirea proprietăților izolatoare ale clădirilor. Refuzul utilizării energiei electrice ca sursă de căldură, deoarece pierderile în producția sa la centralele termice sunt cu 60–65% mai mari decât la generarea energiei termice, iar la centralele nucleare sunt mai mari de 70%.
5. Cresterea randamentului combustibilului la utilizarea acestuia in locul unei centrale termice la o centrala termica datorita apropierii instalatiilor de producere a energiei de consumator si reducerea poluarii termice a mediului acvatic la utilizarea caldura captata de agentii de racire la o putere termica plantă. Cel mai economic este să obțineți energie în centralele mici de cogenerare (cogenerare) direct în clădiri.
Eficiența economică a dezvoltării tehnologiilor de economisire a energiei pe scară largă devine semnificativă la un nivel de consum de energie de aproximativ 10 kW de persoană. În Rusia, acest indicator este menținut acum la un nivel de aproximativ 2 kW, iar componenta industrială predomină în structura consumului de energie.
De exemplu: dacă în SUA sfera non-industrială (internă, socială și culturală etc.) reprezintă mai mult de 50% din consumul de energie, atunci în Rusia - nu mai mult de 25%.
2.14.1. Surse alternative de energie
Principalele probleme ale surselor moderne de energie sunt epuizarea și poluarea mediului. Sursele alternative sunt energia Soarelui, vântul, apa, fuziunea termonucleară și alte surse. Deși utilizarea resurselor energetice neregenerabile din combustibili fosili creează cele mai grave probleme economice și de mediu, oamenii folosesc mult mai puțin resurse regenerabile de energie natură. Nu pentru că sunt mai mici (sunt mult mai mari), ci pentru că energia lor colosală este instabilă, distribuită pe spații mari, slab concentrată și greu de controlat.
2.14.2. Energia soarelui
energie solaraîn comparație cu alte tipuri de energie, are proprietăți excepționale: este practic inepuizabilă, prietenoasă cu mediul, gestionabilă și de mii de ori mai mare decât toată energia din alte surse pe care o poate folosi omenirea. Potențialul de resurse operaționale al energiei solare este estimat la o capacitate de 100 până la 500 TW. Datorită densității scăzute a acestei energii, tehnosfera consumă o parte nesemnificativă din ea. O anumită cantitate este utilizată într-o formă pasivă - pentru a crea un regim termic favorabil în sistemele de sol închise. Această formă de utilizare, precum și îmbunătățirea mijloacelor tehnice de stocare termică a energiei solare și a pompelor de căldură, au o perspectivă foarte mare.
Cu toate acestea, există mai mult interes pentru metodele de concentrare a energiei solare și conversia ei directă în energie electrică. În acest caz, factori precum iluminarea energiei, zona de captare, eficiența conversiei și eficiența acumulării sunt de importanță decisivă. Potențialul tehnic de utilizare a energiei solare este estimat la 500 GW. Capacitatea totală a sistemelor solare de conversie directă a ajuns acum la 4 GW, inclusiv 100 MW de convertoare fotovoltaice la sol.
Energia soarelui poate fi folosită direct (prin captarea cu dispozitive tehnice) sau indirect (prin produsele fotosintezei, ciclul apei, mișcarea maselor de aer și alte procese cauzate de influența soarelui.
1. Soarele ca sursă de energie termică.
Utilizarea căldurii solare este cea mai simplă și mai ieftină modalitate de a rezolva probleme individuale de energie. Se estimează că aproximativ 25% din energia țării este utilizată pentru încălzirea spațiilor și apă caldă. În țările din nord, inclusiv în Rusia, această proporție este mult mai mare. Între timp, o proporție semnificativă din căldura necesară în aceste scopuri poate fi obținută prin captarea energiei razelor solare. Aceste oportunități sunt cu atât mai semnificative, cu cât radiația solară ajunge mai directă la suprafața Pământului.
Modalități de utilizare:
A) colectoare solare;
Cea mai comună modalitate de a capta energia solară este prin intermediul diferitelor tipuri de solar colecționari.
În forma sa cea mai simplă, acestea sunt suprafețe de culoare închisă pentru captarea căldurii și dispozitive pentru acumularea și reținerea acesteia. Ambele blocuri pot reprezenta un singur întreg.
Colectorii sunt plasați într-o cameră transparentă, care funcționează pe principiul unei sere. Există, de asemenea, dispozitive pentru reducerea disipării de energie (bună izolare) și îndepărtarea acesteia, de exemplu, prin fluxuri de aer sau apă.
b ) sisteme de încălzire tip pasiv;
Chiar mai simplu decât colecționarii. Circulația lichidelor de răcire aici se realizează ca urmare a curenților de convecție: aerul sau apa încălzită se ridică, iar lichidele de răcire răcite le iau locul. Exemplu: o cameră cu ferestre mari orientate spre soare și proprietăți izolante bune ale materialelor care pot reține căldura pentru o perioadă lungă de timp. Pentru a reduce supraîncălzirea în timpul zilei și transferul de căldură pe timp de noapte, se folosesc perdele, jaluzele, viziere și alte dispozitive de protecție.
Problema utilizării cât mai raționale a energiei solare este rezolvată prin proiectarea corectă a clădirilor. O oarecare creștere a costurilor de construcție este compensată de efectul utilizării energiei ieftine și curate.
În Statele Unite (California) există clădiri care, chiar și cu un tip pasiv de acumulare solară, pot economisi până la 75% din costurile energetice, cu costuri suplimentare de construcție de 5-10%.
În Cipru, în 90% din cabane, multe hoteluri și blocuri de apartamente, problema alimentării cu căldură și a apei calde este rezolvată de boilerele solare. În alte țări, utilizarea țintită a energiei solare nu este încă mare, dar producția de diferite tipuri de colectoare solare este în creștere intensă. Mii de astfel de sisteme sunt acum în funcțiune în Statele Unite, deși încă furnizează doar 0,5% din apă caldă.
în) dispozitive de stocare a călduriiîn orele însorite în sere sau alte structuri;
În acest scop, în incintă este amplasat un material cu suprafață mare și capacitate termică bună. Poate fi pietre, nisip grosier, apă, pietriș, metal. Ziua acumulează căldură, iar noaptea o cedează treptat. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în sere din sudul Rusiei, Kazahstan și Asia Centrală.
2. Soarele ca sursă de energie electrică.
Modalități de utilizare:
a) fotocelule;
În fotocelule energia solară este indusă în curent electric fără dispozitive suplimentare. Deși eficiența unor astfel de dispozitive este scăzută, acestea beneficiază de uzura lentă din cauza absenței oricăror părți în mișcare.
Principalele dificultăți în utilizarea fotocelulelor sunt asociate cu costul ridicat al acestora și cu nevoia de suprafețe mari pentru amplasarea lor. Problema poate fi rezolvată într-o oarecare măsură prin înlocuirea fotoconvertoarelor metalice de energie cu unele elastice, sintetice, prin folosirea acoperișurilor și pereților caselor pentru a găzdui bateriile și prin ducerea convertoarelor în spațiul cosmic.
În cazurile în care este necesară o cantitate mică de energie, utilizarea fotocelulelor este deja fezabilă din punct de vedere economic (calculatoare, telefoane, televizoare, aparate de aer condiționat, faruri, geamanduri, mici sisteme de irigare).
În țările cu o cantitate mare de radiație solară există proiecte de electrificare completă a anumitor sectoare ale economiei, de exemplu, agricultură, datorită energiei solare. Energia obținută în acest mod, ținând cont în special de gradul ridicat de compatibilitate cu mediul înconjurător, este mai profitabilă din punct de vedere al costului decât energia obținută prin metode tradiționale. Stațiile solare sunt, de asemenea, atractive prin capacitatea de a pune rapid în funcțiune și de a-și crește puterea în timpul funcționării prin simpla conectare a bateriilor suplimentare - receptoare solare.
b) transformând apa în abur, care antrenează turbogeneratoarele;
În aceste cazuri, cel mai des se folosește stocarea energiei turnuri de putere cu un număr mare de lentile care concentrează razele solare, precum și speciale iazuri solare, format din două straturi de apă: cel inferior cu o concentrație mare de săruri și cel superior cu apă dulce limpede. Rolul materialului acumulator de energie este îndeplinit de soluția salină. Apa încălzită este folosită pentru încălzirea sau vaporizarea lichidelor care fierb la temperaturi scăzute.
3. Co Energia solară ca sursă pentru obținerea hidrogenului din apă prin electroliză.
Hidrogenul este numit „combustibilul viitorului”. Descompunerea apei și eliberarea hidrogenului se realizează în procesul de trecere a curentului electric între electrozi, obținut la centralele solare. Dezavantajele unor astfel de instalații sunt încă asociate cu eficiența scăzută (energia conținută în hidrogen este cu doar 20% mai mare decât cea cheltuită pentru electroliza apei) și inflamabilitatea ridicată a hidrogenului, precum și difuzia acestuia prin rezervoarele de stocare.
Germania are în vedere proiecte de producere a hidrogenului lichid utilizând surplusul de hidrogen al Canadei sau de amplasare a panourilor solare în deșertul Sahara, iar apoi transportul hidrogenului lichid produs prin electroliză în cisterne sau printr-o rețea de conducte până la locul de consum. Mai ales promițătoare este utilizarea sa ca combustibil pentru avioane, vehicule și tehnologie spațială. Cu toate acestea, există dificultăți în implementarea proiectului: hidrogenul rezultat poate fi în stare lichidă la presiunea atmosferică doar la o temperatură de -253 ° C și, în același timp, se evaporă ușor, prin urmare se pun cerințe speciale pe rezervoarele de stocare. - este necesara construirea de containere sub forma unui vas Dogoar pentru a asigura temperaturi ultra-scazute si protectie impotriva evaporarii rapide. În plus, prețul hidrogenului este mare, mai scump decât benzina.
4. Utilizarea energiei solare prin fotosinteză și biomasă (biocombustibil).
Mai puțin de 1% din fluxul de energie solară este concentrat în biomasă anual. Cu toate acestea, această energie o depășește semnificativ pe cea pe care o persoană o primește din diverse surse în prezent și pe care o va primi în viitor.
Modalități de utilizare:
A) arderea directă a biomasei;
Acesta este cel mai simplu mod de a folosi energia fotosintezei. În țările individuale care nu s-au angajat pe calea dezvoltării industriale, această metodă este principala.
b) procesarea biomasei în alte tipuri de combustibil;
Deci, puteți obține biogaz (prin fermentație anaerobă - fără fermentație cu oxigen) sau alcool etilic (prin fermentație aerobă).
Acesta este un mod mai rezonabil. Există dovezi că o fermă de lapte de 2.000 de capete este capabilă să furnizeze biogaz nu numai fermei prin utilizarea deșeurilor, ci și să aducă venituri tangibile din vânzarea energiei primite. Resursele mari de energie sunt, de asemenea, concentrate în nămolul de canalizare, gunoiul și alte deșeuri organice.
Alcoolul obținut din bioresurse este din ce în ce mai utilizat în motoarele cu ardere internă.Astfel, din anii 70 ai secolului XX, Brazilia a transferat o parte semnificativă a vehiculelor la combustibil alcoolic sau la un amestec de alcool și benzină - gasohol. Experiența în utilizarea alcoolului ca purtător de energie este disponibilă în Statele Unite.
Pentru obținerea alcoolului se folosesc diverse materii prime organice - trestie de zahăr în Brazilia, porumb în SUA, diverse culturi, cartofi, pulpă de lemn (rumeguș) - în alte țări. Factorii limitativi pentru utilizarea alcoolului ca purtător de energie sunt lipsa terenului pentru obținerea materiei organice și poluarea mediului în timpul producției de alcool (arderea combustibililor fosili), precum și costul mai mare (aproximativ dublu față de prețul benzină).
Pentru Rusia, unde o cantitate mare de lemn, în special specii de foioase (mesteacăn, aspen), practic nu este folosită (nu este tăiat sau rămâne în locurile de tăiere), este foarte promițător obținerea de alcool din această biomasă folosind tehnologii bazate pe hidroliză. Rezerve mari pentru obținerea combustibilului alcoolic sau a energiei termice sunt disponibile și pe baza deșeurilor de la fabrici de cherestea și întreprinderile de prelucrare a lemnului.
în) cultivarea de „culturi energetice” sau „păduri energetice”;
„Pădurile energetice” sunt fitocenoze cultivate pentru a-și procesa biomasa în gaz sau combustibil lichid. „Pădurile energetice” sunt de obicei rezervate terenurilor în care specii de arbori cu creștere rapidă (plopi, eucalipt și altele) sunt cultivate și recoltate folosind tehnologii intensive într-o perioadă scurtă de timp (5-10 ani). În general, biocombustibilii pot fi considerați un ajutor semnificativ în rezolvarea problemelor energetice în viitor. Principalul avantaj al acestei resurse este reînnoirea ei constantă și rapidă, iar cu o utilizare adecvată, inepuizabilitatea.
2.14.3. Vântul ca sursă de energie
Vântul, ca și apa în mișcare, sunt cele mai vechi surse de energie. Timp de câteva secole, aceste surse au fost folosite ca surse mecanice în mori, gatere și în sistemele de alimentare cu apă a locurilor de consum. De asemenea, sunt folosite pentru a genera energie electrică, deși ponderea vântului în producția totală este extrem de mică (în Danemarca, 3,7% din producția totală de energie electrică).
Interesul pentru utilizarea vântului pentru a genera energie electrică a reînviat în ultimii ani. Până în prezent, au fost testate turbine eoliene de diferite capacități, până la gigantice. S-a ajuns la concluzia că în zonele cu circulație puternică a aerului, turbinele eoliene pot furniza energie nevoilor locale.
Utilizarea turbinelor eoliene pentru deservirea instalațiilor individuale (cladiri rezidențiale, industrii fără consum de energie) este justificată. În același timp, a devenit evident că turbinele eoliene gigantice nu sunt încă justificate din cauza costului ridicat al structurilor, vibrațiilor puternice, zgomotului și defecțiunilor rapide. Complexele de turbine eoliene mici combinate într-un singur sistem sunt mai economice.
În Statele Unite, s-a construit un parc eolian pe baza combinării unui număr mare de turbine eoliene mici cu o capacitate de aproximativ 1500 MW (aproximativ 1,5 centrale nucleare). Lucrări desfășurate pe scară largă privind utilizarea energiei eoliene în Canada, Țările de Jos, Danemarca, Suedia, Germania. Pe lângă resursa inepuizabilă și respectarea ridicată a mediului a producției, avantajele turbinelor eoliene includ costul scăzut al energiei pe care o primesc. Aici este de 2-3 ori mai puțin decât la centralele termice și centralele nucleare.
Pentru majoritatea turbinelor eoliene cunoscute, viteza de proiectare a vântului la care este furnizată puterea nominală ar trebui să fie de 8-14 m/s și, din motive economice, trebuie menținută cel puțin 2500 de ore pe an. Astfel de condiții sunt absente într-o parte semnificativă a teritoriului Federației Ruse.
2.14.4. Utilizarea resurselor de apă netradiționale
Resursele hidraulice rămân o sursă potențială importantă de energie, cu condiția ca metodele de obținere a acesteia să fie mai prietenoase cu mediul decât cele moderne. De exemplu, resursele energetice ale râurilor medii și mici (lungime de la 10 la 200 km) sunt extrem de subutilizate. Numai în Rusia există peste 150 de mii de astfel de râuri. În trecut, râurile mici și mijlocii erau cea mai importantă sursă de energie.
Micile baraje de pe râuri nu numai că perturbă, dar optimizează regimul hidrologic al râurilor și zonelor adiacente. Ele pot fi considerate ca un exemplu de management al naturii determinat de mediu, intervenție soft în procesele naturale.
Rezervoarele, create pe râuri mici, de obicei nu treceau dincolo de canale. Astfel de rezervoare atenuează fluctuațiile apei în râuri și stabilizează nivelul apelor subterane sub terenurile adiacente de luncă. Acest lucru are un efect pozitiv asupra productivității și durabilității ecosistemelor acvatice și a zonelor inundabile. Există calcule că este posibil să se primească nu mai puțină energie pe râurile mici și mijlocii decât se primește pe centralele hidroelectrice mari moderne.
În prezent, există turbine care fac posibilă obținerea de energie folosind debitul natural al râurilor, fără construcția de baraje. Astfel de turbine sunt ușor de montat pe râuri și, dacă este necesar, mutate în alte locuri. Deși costul energiei primite la astfel de instalații este considerabil mai mare decât la marile hidrocentrale, centrale termice sau centrale nucleare, dar gradul ridicat de compatibilitate cu mediul face oportună obținerea acesteia.
2.14.5. Resursele energetice marine, oceanice
si ape termale
Masele de apă ale mărilor și oceanelor au resurse energetice mari. Acestea includ energia fluxurilor și refluxurilor, curenții marini, precum și gradienții de temperatură la diferite adâncimi. În prezent, această energie este folosită într-o cantitate extrem de mică datorită costului ridicat al obținerii acesteia. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că în viitor ponderea sa în balanța energetică nu va crește.
1. În prezent, în lume funcționează trei centrale mareomotrice. În Rusia, oportunitățile pentru energia mareelor sunt semnificative în Marea Albă. Cu toate acestea, pe lângă costul ridicat al energiei, centralele electrice de acest tip nu pot fi clasificate ca fiind extrem de prietenoase cu mediul. În timpul construcției lor, golfurile sunt blocate de baraje, ceea ce modifică dramatic factorii de mediu și condițiile de viață ale organismelor.
2. În apele oceanice, diferența de temperatură la diferite adâncimi poate fi folosită pentru a genera energie. În curenții caldi, de exemplu, în Gulf Stream, ei ating 20 ° C. Principiul se bazează pe utilizarea lichidelor care fierb și condensează la diferențe mici de temperatură.
Apa caldă a straturilor de suprafață este folosită pentru a transforma lichidul în abur, care transformă turbina. Mase adânci reci - pentru condensarea aburului într-un lichid. Dificultățile sunt asociate cu volumul structurilor și costul ridicat al acestora. Instalațiile de acest tip sunt încă în stadiu de testare (de exemplu, în SUA).
3. Posibilitățile de utilizare a resurselor geotermale sunt incomparabil mai reale. În acest caz, sursa de căldură este apa încălzită conținută în măruntaiele pământului. În unele zone, astfel de ape se revarsă la suprafață sub formă de gheizere (de exemplu, în Kamchatka). Energia geotermală poate fi folosită atât sub formă de căldură, cât și sub formă de electricitate.
4. De asemenea, se fac experimente cu privire la utilizarea căldurii conținute în structurile solide ale scoarței terestre. O astfel de căldură din adâncuri este extrasă prin pomparea apei, care este apoi folosită în același mod ca și alte ape termale.
Deja în prezent, orașele sau întreprinderile individuale sunt furnizate cu energie din apele geotermale. Acest lucru, în special, se aplică capitalei Islandei - Reykjavik. La începutul anilor 1980, aproximativ 5000 MW de energie electrică erau produse în lume la centralele geotermale (aproximativ 5 centrale nucleare). În Rusia, resurse semnificative de ape geotermale sunt disponibile în Kamchatka, dar sunt încă folosite în cantitate mică. În fosta URSS, din acest tip de resursă se producea doar aproximativ 20 MW de energie electrică.
2.14.6. Energia de fuziune
Energia nucleară modernă se bazează pe divizarea nucleelor atomice în două mai ușoare cu eliberarea de energie proporțională cu pierderea de masă. Sursa de energie și produsele de descompunere sunt elemente radioactive. Ele sunt asociate cu principalele probleme de mediu ale energiei nucleare.
În procesul de fuziune nucleară se eliberează și mai multă energie, în care două nuclee se contopesc într-unul mai greu, dar și cu o pierdere de masă și eliberare de energie. Hidrogenul este elementul de pornire pentru sinteza, iar heliul este elementul final. Ambele elemente nu afectează negativ mediul și sunt practic inepuizabile. Rezultatul fuziunii nucleare este energia soarelui. Acest proces este modelat de om în timpul exploziilor bombelor cu hidrogen. Sarcina este de a face fuziunea nucleară controlabilă și de a-și folosi energia în mod intenționat.
Principala dificultate constă în faptul că fuziunea nucleară este posibilă la presiuni și temperaturi foarte ridicate de aproximativ 100 milioane °C. Nu există materiale din care să fie posibilă fabricarea de reactoare pentru implementarea reacțiilor la temperatură ultra-înaltă (termonucleare). Orice material se topește și se evaporă.
Oamenii de știință au luat calea căutării posibilității de a desfășura reacții într-un mediu care nu este capabil de evaporare.Pentru aceasta, în prezent sunt testate două căi. Una dintre ele se bazează pe reținerea hidrogenului într-un câmp magnetic puternic. O instalație de acest tip s-a numit TOKAMAK (camera toroidală cu câmp magnetic), dezvoltată la Institut. Kurchatov. A doua modalitate este utilizarea fasciculelor laser, datorită cărora se obține temperatura necesară și se furnizează hidrogen în locurile de concentrare.
În ciuda unor rezultate pozitive în implementarea fuziunii nucleare controlate, există opinii că în viitorul apropiat este puțin probabil să fie folosită pentru a rezolva problemele energetice și de mediu. Acest lucru se datorează naturii nerezolvate a multor probleme și necesității unor cheltuieli colosale pentru dezvoltări experimentale și chiar mai industriale.
ª Întrebări pentru autoexaminare
1. Ce noi metode de utilizare a combustibilului pot reduce impactul energiei asupra mediului?
2. Care sunt avantajele utilizării energiei solare în comparație cu alte tipuri de energie?
3. Numiți modalitățile de utilizare a soarelui ca sursă de căldură și electricitate.
4. Care sunt perspectivele de utilizare a hidrogenului lichid în sectorul energetic?
5. Ce este biocombustibilul, cum se obține?
6. Ce este o „pădure energetică”?
7. Ce probleme împiedică utilizarea pe scară largă a vântului ca sursă de energie?
8. Comparați impactul asupra mediului al centralelor hidroelectrice mici și mari.
9. Care este impactul negativ al hidroenergiei mareice asupra ecosistemelor?
10. Care este principiul obținerii energiei din gradienții de temperatură din ocean?
11. Care sunt condițiile pentru reacția de fuziune termonucleară și ce dificultăți sunt asociate cu aceasta în prezent?
Industria electrică modernă are multe probleme, acestea se datorează costului ridicat al combustibilului, impactului negativ asupra mediului etc.
De exemplu, tehnologiile hidroenergetice au multe avantaje, dar există și dezavantaje semnificative. Aerele, anotimpurile ploioase, resursele scăzute de apă în timpul secetei pot afecta grav cantitatea de energie produsă. Aceasta poate deveni o problemă serioasă în cazul în care hidroenergia reprezintă o parte semnificativă a complexului energetic al țării, barajele sunt cauza multor probleme: strămutarea locuitorilor, secarea albiilor naturale ale râurilor, colmatarea rezervoarelor, disputele de apă între țările vecine, costul acestor proiecte. Centralele hidroelectrice de pe râurile de câmpie duc la inundarea unor suprafețe mari. O parte semnificativă a suprafeței rezervoarelor formate este apă de mică adâncime. Vara, din cauza radiațiilor solare, vegetația acvatică se dezvoltă activ în ele, are loc așa-numita „înflorire” a apei.
O modificare a nivelului apei, în unele locuri ajunge la uscare completă, duce la moartea vegetației. Barajele împiedică migrarea peștilor. Hidrocentralele cu mai multe cascade au transformat deja râurile într-o serie de lacuri, unde apar mlaștini. Peștii mor în aceste râuri, iar microclimatul din jurul lor se schimbă, distrugând și mai mult ecosistemele naturale.
Cu privire la pericolele termocentralelor, în timpul arderii combustibilului în motoarele termice, se eliberează substanțe nocive: monoxid de carbon, compuși de azot, compuși de plumb și o cantitate semnificativă de căldură este de asemenea eliberată în atmosferă.
În plus, utilizarea turbinelor cu abur la centralele termice necesită alocarea unor suprafețe mari pentru iazuri, în care este răcit aburul evacuat. În fiecare an, în lume sunt arse 5 miliarde de tone de cărbune și 3,2 miliarde de tone de petrol, aceasta fiind însoțită de eliberarea a 2 10 J de căldură în atmosferă. Rezervele de combustibili fosili de pe Pământ sunt distribuite extrem de inegal, iar la ritmul actual de consum, cărbunele va dura 150-200 de ani, petrolul 40-50 de ani, iar gazul aproximativ 60 de ani. Întregul ciclu de lucru asociat cu extracția, transportul și arderea combustibililor fosili (în principal cărbunele), precum și generarea de deșeuri, este însoțit de eliberarea unei cantități mari de poluanți chimici. Exploatarea cărbunelui este asociată cu salinizarea considerabilă a rezervoarelor de apă în care apa este evacuată din mine. În plus, apa pompată conține izotopi de radiu și radon. Centrala termică, deși dispune de sisteme moderne de curățare a produselor de ardere a cărbunelui, emite anual în atmosferă, conform diverselor estimări, de la 10 la 120 mii tone oxizi de sulf, 2-20 mii tone oxizi de azot, 700-1500. tone de cenușă (fără purificare - de 2 -3 ori mai mult) și emite 3-7 milioane de tone de monoxid de carbon. În plus, se formează peste 300 de mii de tone de cenușă, care conține aproximativ 400 de tone de metale toxice (arsen, cadmiu, plumb, mercur). Se poate observa că o centrală termică pe cărbune emite mai multe substanțe radioactive în atmosferă decât o centrală nucleară de aceeași capacitate. Acest lucru se datorează eliberării diferitelor elemente radioactive conținute de cărbune sub formă de incluziuni (radiu, toriu, poloniu etc.). produsul dintre valoarea dozei și numărul de persoane expuse la radiații (este exprimat în persoană-sievert). S-a dovedit că la începutul anilor 90 ai secolului trecut, doza colectivă anuală de expunere a populației Ucrainei din cauza energiei termice a fost de 767 de persoane / n și din cauza energiei nucleare - 188 de persoane / n.
În prezent, 20-30 de miliarde de tone de monoxid de carbon sunt emise în atmosferă în fiecare an. Prognozele indică faptul că, dacă astfel de rate vor continua, temperatura medie pe Pământ ar putea crește cu câteva grade până la jumătatea secolului, ceea ce va duce la schimbări climatice globale imprevizibile. Comparând impactul asupra mediului al diferitelor surse de energie, este necesar să se țină seama de impactul acestora asupra sănătății umane. Riscul ridicat pentru lucrători în cazul utilizării cărbunelui este asociat cu extracția acestuia în mine și transport, precum și cu impactul asupra mediului al produselor sale de ardere. Ultimele două motive se referă la petrol și gaze și afectează întreaga populație. S-a stabilit că impactul global al emisiilor provenite de la arderea cărbunelui și petrolului asupra sănătății umane operează aproape în același mod ca un accident precum Cernobîl, care are loc o dată pe an. Acesta este un „Cernobîl liniștit”, ale cărui consecințe sunt direct invizibile, dar afectează în mod constant mediul. Concentrația de impurități toxice din deșeurile chimice este stabilă și, în cele din urmă, toate vor trece în ecosferă, spre deosebire de deșeurile radioactive din dezintegrarea centralelor nucleare.
În general, impactul real al radiațiilor al centralelor nucleare asupra mediului este mult (de 10 sau mai multe ori) mai mic decât cel permis. Dacă luăm în considerare impactul asupra mediului al diferitelor surse de energie asupra sănătății umane, atunci dintre sursele regenerabile de energie, riscul generat de centralele nucleare care funcționează în mod normal este minim atât pentru lucrătorii ale căror activități sunt asociate cu diferite etape ale ciclului combustibilului nuclear, cât și pentru populatie. Contribuția globală de radiație a energiei nucleare în toate etapele ciclului combustibilului nuclear este acum de aproximativ 0,1% din fondul natural și nu va depăși 1% chiar și cu dezvoltarea sa intensivă în viitor.
Exploatarea și prelucrarea minereurilor de uraniu sunt, de asemenea, asociate cu efecte negative asupra mediului.
Doza colectivă primită de personalul instalației și de public în toate etapele extragerii de uraniu și fabricarea combustibilului pentru reactoare este de 14% din doza totală a ciclului combustibilului nuclear. Dar principala problemă rămâne eliminarea deșeurilor de activitate. Volumul deșeurilor radioactive extrem de periculoase este de aproximativ o sută de miimi din cantitatea totală de deșeuri, inclusiv elementele chimice extrem de toxice și compușii lor stabili. Se dezvoltă metode pentru concentrarea, legarea fiabilă și plasarea lor în formațiuni geologice stabile, unde, potrivit experților, pot fi conținute de milenii. Un dezavantaj serios al energiei nucleare este radioactivitatea combustibilului utilizat și a produselor sale de fisiune. Acest lucru necesită crearea unei protecții împotriva diferitelor tipuri de radiații radioactive, ceea ce crește semnificativ energia generată de centralele nucleare. În plus, un alt dezavantaj al centralelor nucleare este poluarea termică a apei, adică. încălzirea acestuia.
Este interesant de observat că, potrivit unui grup de medici britanici, oamenii care au lucrat în perioada 1946-1988 în industria nucleară britanică trăiesc în medie mai mult, iar rata mortalității în rândul lor din toate cauzele, inclusiv cancerul, este mult mai mică. Dacă luăm în considerare nivelurile reale de radiație și concentrația de substanțe chimice din atmosferă, atunci putem spune că efectul acestora din urmă asupra florei în ansamblu este destul de semnificativ în comparație cu efectul radiațiilor.
Datele prezentate indică faptul că în timpul exploatării centralelor electrice, mediul impactul energiei nucleare este de zeci de ori mai mic decât cel termic.
Tragedia de la Cernobîl rămâne un rău incorigibil pentru Ucraina. Dar are mai mult de-a face cu ordinea socială care a dat naștere acesteia decât cu energia nucleară. La urma urmei, la nicio centrală nucleară din lume, cu excepția Cernobîlului, nu au existat accidente care să ducă direct la moartea oamenilor.
Metoda probabilistică de calcul a securității centralelor nucleare în ansamblu indică faptul că atunci când se generează aceeași unitate de energie electrică, probabilitatea unui accident major la o centrală nucleară este de 100 de ori mai mică decât în cazul energiei pe cărbune. Implicațiile acestei comparații sunt evidente.
Creșterea utilizării energiei electrice, agravarea problemelor de mediu au intensificat semnificativ căutarea unor modalități ecologice de a genera energie electrică. Sunt în curs de dezvoltare intens modalități de utilizare a energiei regenerabile necombustibile - solară, eoliană, geotermală, energia valurilor, energia mareelor, energia biogazului etc.. Sursele acestor tipuri de energie sunt inepuizabile, dar ar trebui evaluat în mod rezonabil dacă pot satisface toate nevoile omenirii.
Cele mai recente cercetări se concentrează în principal pe generarea de energie electrică din energia eoliană. Parcurile eoliene sunt construite în principal cu curent continuu. Roata eoliană antrenează un dinam - un curent electric care încarcă simultan bateriile conectate în paralel.
Astăzi, unitățile de energie eoliană furnizează energie în mod fiabil lucrătorilor din petrol; aceștia funcționează cu succes în zone greu accesibile, pe insule îndepărtate, în Arctica, în mii de ferme agricole unde nu există așezări mari și centrale electrice publice în apropiere.
Utilizarea pe scară largă a unităților de energie eoliană în condiții normale este încă împiedicată de costul ridicat al acestora. La folosirea vântului, apare o problemă serioasă: un exces de energie în vremea vântului și lipsa acesteia într-o perioadă de calm. Utilizarea energiei eoliene este complicată de faptul că are o densitate energetică scăzută, precum și schimbarea puterii și direcției acestuia. Turbinele eoliene sunt utilizate în principal în locurile în care există un regim bun de vânt. Pentru a crea turbine eoliene de mare putere, este necesar să fie mare, în plus, elicea trebuie ridicată la o înălțime suficientă, deoarece la o altitudine mai mare vântul este mai stabil și are o viteză mai mare. Doar o singură centrală care funcționează pe combustibili fosili poate înlocui (din punct de vedere al cantității de energie produsă) mii de turbine eoliene.
Timp de secole, oamenii s-au gândit la cauza fluxului și refluxului mării. Astăzi știm cu certitudine că un puternic fenomen natural - mișcarea ritmică a apelor mării - este cauzat de forțele de atracție ale Lunii și Soarelui. Energia mareelor este enormă, puterea sa totală pe Pământ este de aproximativ 1 miliard de kW, ceea ce este mai mult decât puterea totală a tuturor râurilor lumii.
Principiul de funcționare al centralelor mareomotrice este foarte simplu. La maree înaltă, apa, hidroturbine rotative, umple rezervorul, iar după maree scăzută, părăsește rezervorul în ocean, rotind din nou turbinele. Principalul lucru este să găsiți un loc convenabil pentru instalarea barajului, în care înălțimea mareei ar fi semnificativă. Construirea și operarea centralelor electrice este o sarcină complexă. Apa de mare provoacă coroziunea majorității metalelor, algele cresc pe detaliile instalațiilor.
Fluxul termic al radiației solare care ajunge pe Pământ este foarte mare. Depășește de peste 5.000 de ori utilizarea totală a tuturor tipurilor de combustibil și resurse energetice din lume.
Printre beneficiile energiei solare— eternitatea și curățenia ecologică excepțională. Energia solară este furnizată pe întreaga suprafață a Pământului, doar regiunile polare ale planetei suferă de lipsa acesteia. Adică pe aproape tot globul, doar norii și noaptea te împiedică să-l folosești tot timpul. O astfel de disponibilitate generală face ca acest tip de energie să fie imposibil de monopolizat, spre deosebire de petrol și gaze. Desigur, costul de 1 kWh. energia solară este mult mai mare decât cea obţinută prin metoda tradiţională. Doar o cincime din lumina soarelui este transformată în curent electric, dar această proporție continuă să crească datorită eforturilor oamenilor de știință și inginerilor din întreaga lume.
Deoarece energia radiației solare este distribuită pe o suprafață mare (cu alte cuvinte, are o densitate scăzută), orice instalație de utilizare directă a energiei solare trebuie să aibă un dispozitiv cu suprafață suficientă. Cel mai simplu dispozitiv de acest fel este un colector plat; in principiu este o placa neagra, bine izolata de jos.
Există centrale electrice de un tip ușor diferit, diferența lor constă în faptul că căldura solară concentrată în vârful turnului pune în mișcare un lichid de răcire cu sodiu, care încălzește apa pentru a forma abur. Potrivit experților, cea mai atractivă idee privind conversia energiei solare este utilizarea efectului fotoelectric în semiconductori. Cu toate acestea, suprafața panourilor solare pentru a furniza suficientă putere trebuie să fie suficient de mare (pentru o putere zilnică de 500 MWh. Este necesară o suprafață de 500.000 m 2), ceea ce este destul de scump. Energia solară este unul dintre tipurile de producție de energie cu cea mai mare intensitate de materiale. Utilizarea pe scară largă a energiei solare presupune o creștere gigantică a necesarului de materiale și, în consecință, de resurse de muncă pentru extracția materiilor prime, îmbogățirea acestora, producerea de materiale, fabricarea heliostatelor, colectoarelor, altor echipamente, si transportul acestora. Eficiența centralelor solare din zonele îndepărtate de ecuator este destul de scăzută din cauza condițiilor atmosferice instabile, a intensității relativ scăzute a radiației solare, precum și a fluctuațiilor acesteia datorate alternanței zilei și nopții.
Energia geotermală folosește temperaturile ridicate din interiorul adânc al scoarței terestre pentru a genera energie termică.
În unele locuri de pe Pământ, în special la marginea plăcilor tectonice, căldura iese la suprafață sub formă de izvoare termale - gheizere și vulcani. În alte zone, sursele subacvatice curg prin formațiuni subterane fierbinți, iar această căldură poate fi luată prin sisteme de schimb de căldură. Islanda este un exemplu de țară în care energia geotermală este utilizată pe scară largă.
Acum au fost dezvoltate tehnologii care permit extragerea gazelor combustibile din materii prime biologice ca urmare a unei reacții chimice de descompunere a compușilor cu molecul mare în compuși cu molecul scăzut, datorită activității bacteriilor speciale (care participă la reacția fără acces la oxigenul atmosferic). Schema de reactie: biomasa + + bacterii -> gaze combustibile + alte gaze + ingrasaminte.
Biomasa este un deșeu de producție agricolă (zoțel, industria prelucrătoare).
Principala materie primă pentru producția de biogaz este gunoiul de grajd, care este livrat la stațiile de biogaz. Produsul principal al instalației de biogaz este un amestec de gaze combustibile (90% din amestec este metan). Acest amestec este furnizat centralelor termice, centralelor electrice.
Sursele regenerabile (cu excepția energiei apei) au un dezavantaj comun: energia lor este foarte slab concentrată, ceea ce creează dificultăți considerabile pentru utilizarea practică. Costul surselor regenerabile (excluzând hidrocentralele) este mult mai mare decât al celor tradiționale. Atât energia solară, cât și cea eoliană, precum și alte tipuri de energie pot fi utilizate cu succes pentru a genera energie electrică în intervalul de putere de la câțiva kilowați la zeci de kilowați. Dar aceste tipuri de energie sunt destul de nepromițătoare pentru crearea de surse industriale puternice de energie.
