Энергия ветра. Наиболее перспективными местами для использования энергии ветра считаются прибрежные зоны.

Италия, Великобритания и Япония имеют примерно по 1000 МВт. установленных мощностей за счет этого источника энергии.

Около 20% электричества Дании вырабатывается с помощью ветра. Индия в 2005 году получает из энергии ветра около 3% всей электроэнергии. Страны Евросоюза в 2005 году вырабатывали около 3% потребляемой электроэнергии из энергии ветра.

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра, фактора, отличающегося большой нестабильностью. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем плане. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (суточные и сезонные пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему приводит к ее дестабилизации. Очевидно, что ветроэнергетика требует значительного резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию.

Строительство ветряных установок усложняется необходимостью изготовления лопастей турбины больших размеров. Так, по проекту ФРГ установка мощностью 2–3 МВт должна иметь диаметр ветрового колеса 100 м, причем она производит такой шум, что возникает необходимость отключения ее в ночное время.

В штате Огайо была построена крупнейшая в мире ветросиловая установка 10 МВт. Проработав несколько суток, была продана на слом по цене 10 дол за тонну. В радиусе нескольких километров жить стало невозможно из-за инфразвука, совпадающего с альфа-ритмом головного мозга.

К серьезным негативным последствиям использования энергии ветра можно отнести помехи для воздушного сообщения и для радио- и телевещания, нарушения путей миграции птиц, климатические изменения вследствие нарушения естественной циркуляции воздушных потоков.

Для того, чтобы обеспечить производство 15% энергии в Германии с помощью ветроэнергетики, в Северном море надо вплотную поставить ветряки на площади 2500 км2, которые будут потеряны для какого-то другого использования.

Кроме того, в условиях возрастающей террористической угрозы один террорист на моторной лодке способен все это «вырубить» за 15 минут.

Средняя ветровая турбина в Германии имеет мощность 800 кВт и коэффициент использования мощности (КИМ) 22 %. Для производства 160 млн кВт·ч нужно 100 тыс турбин [64].

Чтобы достичь текущего уровня производства электроэнергии во Франции с применением энергии ветра потребуется 20 тыс км2 земли (4% территории страны). Площадь занимаемая французскими АЭС – несколько десятков км2.

Солнечная энергия.

Солнечная энергетика построена на фотопреобразовании световой энергии в электричество. Оправдано использование солнечных батарей на космических аппаратах – на МКС, их площадь достигает 4 тысяч кв.м. На производство батареи надо затратить больше энергии, чем она способна произвести за срок службы. Основным материалом является кремний с чистотой 99,99% который стоит 40$/кг, фотопреобразователи имеют КПД всего 17%. Себестоимость более 40 центов/ кВт∙час при средней себестоимости электроэнергии 2 цента/ кВт·час.

Техническое использование солнечной энергии осуществляется в нескольких формах: применение низко- и высокотемпературного оборудования, прямое преобразование солнечной энергии в электрическую на фотоэлектрическом оборудовании.

Принципиальными особенностями солнечного излучения являются огромные потенциальные ресурсы (в 4000 раз превышает прогнозируемые энергопотребности человечества в 2020 году). Поток солнечной энергии на поверхности Земли существенно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно. Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на утренние и вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности. Оценивая потенциал солнечного источника энергии для России можно сказать, что среднесуточная интенсивность солнечного излучения для средней полосы европейской части России составляет 150 Вт/м2, что в 1000 раз меньше тепловых потоков в котлах ТЭС.

К сожалению, пока не видно, какими путями эти огромные потенциальные ресурсы можно реализовать в больших количествах.

Практическая реализация концентрации солнечной энергии требует отчуждения огромных земельных площадей. Очевидными недостатками солнечной энергетике являются:

· дороговизна солнечных фотоэлементов;

· поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений, что с учетом их площади в несколько квадратных километров может вызвать затруднения;

· кроме того необходимо учитывать, что эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных;

· срок службы элементов ограничен, и через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться;

· несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ;

· современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30—50 лет), и их массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения;

· недостаточным является и КПД солнечных элементов.

Для размещения СЭС мощностью 1 ГВт (эл) в средней полосе европейской части необходима минимальная площадь при 10 % КПД в 67 км2. К этому надо добавить еще и земли, которые потребуется отвести под различные промышленные предприятия, изготавливающие материалы для строительства и эксплуатации СЭС.

 

Цены на фотоэлементы

Минимальные цены на фотоэлементы (начало 2007 г.)

Монокристаллические кремниевые — 4,30 $/Вт установленной мощности.

Поликристаллические кремниевые — 4,31 $/Вт установленной мощности.

Тонкоплёночные — 3,0 $/Вт установленной мощности.

Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40—50 % состоит из стоимости кремния.

Таблица. Итоги развития фотоэлементной отрасли

Страна Суммарные мощности фотоэлектрических станций, МВт. 2010 год
Германия
Испания
Япония
Италия
США
Чехия
Франция
Китай
Бельгия
Ю. Корея
Австралия
Весь мир -

На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составила пока только около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии.

Распространение солнечной энергетики

В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии.

В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок.

В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок.

В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 20-мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная установленная мощность возросла до 100 МВт. Солнечный парк Перово в составе пяти очередей стал крупнейшим парком в мире по показателям установленной мощности. За ним следуют канадская электростанция Sarnia (97 МВт), итальянская Montalto di Castro (84,2 МВт) и немецкая Finsterwalde (80,7 МВт). Замыкает мировую пятерку крупнейших фотоэлектрических парков другой проект на Украине - 80-мегаваттная электростанция Охотниково в Сакском районе Крыма.

Первая в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области

Гидроэне́ргия.Из всех этих видов возобновляемых источников энергии только гидроэнергия в настоящий момент вносит заметный вклад во всемирное производство электроэнергии (17 %).

В большинстве промышленно развитых стран незадействованным на сегодня остался лишь незначительный по объему гидроэнергетический потенциал.

Так, в европейской части России с наиболее напряженным топливно–энергетическим балансом использование гидроэнергетических ресурсов достигло 50 %, а их экономический потенциал практически исчерпан.

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Гидроэнергетические сооружения в потенциале несут в себе опасность крупных катастроф. Так, в 1979 году авария на плотине в Морви (Индия) унесла около 15 тысяч жизней, в Европе в 1963 году авария плотины в Вайонт (Италия) привела к гибели 3 тысяч человек.

Неблагоприятное воздействие гидроэнергетики на окружающую среду в основном сводится к следующему:

· затопление сельскохозяйственных угодий и населенных пунктов,

· нарушение водного баланса, что ведет к изменению существования флоры и фауны,

· климатические последствия (изменение теплового баланса, увеличение количества осадков, скорости ветра, облачности и т.д.).

Перегораживание русла реки приводит к заиливанию водоема и эрозии берегов, ухудшению самоочищения проточных вод и уменьшению содержания кислорода, затрудняет свободное движение рыб.

С увеличением масштабов гидротехнического сооружения растет и масштаб воздействия на окружающую среду.

В гидроэнергетике кроме обычных ГЭС существуют прили́вные электроста́нции (ПЭС). Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии.

Недостатками ПЭС является высокая стоимость строительства (капитальные затраты) и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

Геотермальная энергетика. С древнейших времен вулканы наводили ужас. Но горячие подземные источники можно обернуть для выработки тепловой и электрической энергии.

Широко распространена в Исландии и Новой Зеландии.