Поновлювана енергія стає все більш важливим питанням у сучасному світі. Окрім подорожчання викопних палив та загрози зміни клімату, в цій галузі також були позитивні зрушення, які включають підвищення ефективності, а також зниження цін.
Все це збільшило попит на альтернативну енергію та прискорило перехід до більш чистих, більш стійких методів електроенергії. Однак важливо відзначити, що існує багато видів - біомаса, сонячна, вітряна, припливна та геотермальна енергія - і кожен має свою частку переваг та недоліків.
Біомаса:
Найпоширенішою формою відновлюваної енергії є біомаса. Біомаса просто відноситься до використання органічних матеріалів та перетворення їх в інші форми енергії, які можна використовувати. Хоча деякі форми біомаси використовуються протягом століть - наприклад, спалювання деревини - інші, новіші методи, зосереджені на методах, які не виробляють вуглекислий газ.
Наприклад, існують чисті палаючі біопаливи, які є альтернативою нафті та газу. На відміну від викопного палива, яке виробляється геологічними процесами, біопаливо виробляється за допомогою біологічних процесів - таких як землеробство та анаеробне травлення. Поширеним паливом, пов'язаним з цим процесом, є біоетанол, який створюється заквашуванням вуглеводів, одержуваних із цукрових або крохмальних культур (наприклад, кукурудзи, цукрової тростини або солодкого сорго) для створення алкоголю.
Ще одне поширене біопаливо відоме як біодизельне паливо, яке виробляється з олії чи жирів за допомогою процесу, відомого як переетерифікація - де молекули кислоти обмінюються на алкоголь за допомогою каталізатора. Ці види палива є популярною альтернативою бензину і можуть спалюватися в транспортних засобах, які переобладнані для роботи на них.
Сонячна енергія:
Сонячна енергетика (ака. Фотоелектрики) - одне з найпопулярніших і швидко зростаючих джерел альтернативної енергії. Тут процес включає сонячні комірки (зазвичай виготовлені з шматочків кристалічного кремнію), які покладаються на фотоелектричний (PV) ефект для поглинання фотонів і перетворення їх в електрони. Тим часом сонячна теплова енергія (інша форма сонячної енергії) покладається на дзеркала або лінзи, щоб сконцентрувати велику площу сонячного світла або сонячну теплову енергію (STE) на невеликій площі (тобто сонячній батареї).
Спочатку фотоелектрична потужність використовувалася лише для малих та середніх операцій, починаючи від пристроїв, що працюють на сонячних батареях (як-от калькулятори), до побутових масивів. Однак з 1980-х років комерційні концентровані сонячні електростанції стали набагато поширенішими. Вони не лише є відносно недорогим джерелом енергії, де електромережа є незручною, занадто дорогою або просто недоступною; підвищення ефективності сонячних батарей та падіння цін роблять сонячну енергію конкурентоспроможною звичайним джерелам енергії (тобто викопним паливом та вугіллям).
Сьогодні сонячна енергія також все частіше використовується в ситуаціях, пов'язаних з мережею, як спосіб подачі енергії з низьким вмістом вуглецю в електромережу. До 2050 року Міжнародне енергетичне агентство передбачає, що сонячна енергетика - включаючи STE та PV - становитиме понад 25% ринку, що робить її найбільшим світовим джерелом електроенергії (більшість установок розміщені в Китаї та Індії).
Енергія вітру:
Енергія вітру використовується тисячами роками для підштовхування вітрил, енергетичних вітряків або для створення тиску для водяних насосів. Використання вітру для виробництва електроенергії було предметом досліджень з кінця 19 століття. Однак лише з великими зусиллями з пошуку альтернативних джерел енергії у XX столітті вітроенергетика стала головним центром значних досліджень та розробок.
Порівняно з іншими формами відновлюваної енергії, вітроенергетика вважається дуже надійною і стійкою, оскільки вітер є стабільним з року в рік і не зменшується протягом пікових годин попиту. Спочатку будівництво вітроелектростанцій було дорогим починанням. Але завдяки останнім вдосконаленням вітроенергетика почала встановлювати пікові ціни на оптових ринках енергії у всьому світі та скорочувати доходи та прибутки галузі викопного палива.
Відповідно до звіту, виданого минулого березня Міністерством енергетики, зростання вітроенергетики в США може призвести до ще більш висококваліфікованих робочих місць у багатьох категоріях. У документі під назвою "Вітрова візія: нова ера для енергії вітру в Сполучених Штатах" в документі вказується, що до 2050 року промисловість могла б скласти до 35% виробництва електроенергії в США.
Крім того, минулого року Всесвітня рада вітроенергетики та Greenpeace International зібралися разом, щоб опублікувати звіт під назвою "Глобальний прогноз енергії вітру 2014". У цьому звіті зазначається, що в усьому світі вітроенергетика могла б забезпечити до 2550 року від 25 до 30% світової електроенергії. На момент написання звіту комерційні установки у понад 90 країнах мали загальну потужність 318 гігават (ГВт), забезпечуючи близько 3% світової пропозиції.
Потужність припливу:
Подібно до енергії вітру, енергія припливів вважається потенційним джерелом відновлюваної енергії, оскільки припливи є стійкими та передбачуваними. Так само, як вітряки, приливні млини використовувались ще з часів Стародавнього Риму та середньовіччя. Вода, що надходила, зберігалася у великих ставках, і коли припливи згасали, вони перетворювали водяні колеса, які створювали механічну силу для подрібнення зерна.
Лише в 19 столітті в США та Європі було введено процес використання падаючої води та прядильних турбін для створення електроенергії. І лише з 20-го року такі операції були переобладнані для будівництва уздовж узбережжя, а не лише річок.
Традиційно потужність припливів потерпає від відносно високої вартості та обмеженої доступності ділянок з досить високими діапазонами припливів або швидкостями течії. Однак багато останніх технологічних розробок та вдосконалень, як в галузі проектування, так і в галузі турбінних технологій, свідчать про те, що загальна потужність припливних потужностей може бути набагато вищою, ніж передбачалося раніше, і що економічні та екологічні витрати можуть бути знижені до конкурентного рівня.
Першою у світі великомасштабною припливною електростанцією у Франції є припливна електростанція Rance, яка почала функціонувати в 1966 році. А в Оркні, Шотландія, в світі був створений перший у світі центр морської енергетики - Європейський центр морської енергії (EMEC). 2003 почати розвиток хвильової та припливної енергетики у Великобританії.
У 2015 році перша у світі підключена до електромережі хвильова електростанція (CETO, названа на честь грецької богині моря) вийшла в Інтернет біля берегів Західної Австралії. Ця електростанція, розроблена Carnegie Wave Energy, працює під водою і використовує підводні буї для перекачування серії насосів, які мають морське дно, які, в свою чергу, виробляють електроенергію.
Геотермальне:
Геотермальна електроенергія - ще одна форма альтернативної енергії, яка вважається стійкою та надійною. У цьому випадку теплова енергія отримується із Землі - як правило, з магматичних трубопроводів, гарячих джерел або гідротермальної циркуляції - для віджиму турбін або теплових будівель. Вважається надійним, оскільки Земля містить 1031 джоулів, варті теплової енергії, яка природно стікає на поверхню шляхом провідності зі швидкістю 44,2 терават (ТВ) - що більше, ніж вдвічі більше від поточного енергоспоживання людства.
Одним з недоліків є той факт, що ця енергія є розсіяною і її можна використовувати лише в певних місцях. Однак у деяких районах світу, таких як Ісландія, Індонезія та інші регіони з високим рівнем геотермальної активності, це легкодоступний і економічно ефективний спосіб зменшити залежність від викопного палива та вугілля для виробництва електроенергії. Країни, які виробляють більше 15 відсотків своєї електроенергії з геотермальних джерел, включають Сальвадор, Кенію, Філіппіни, Ісландію та Коста-Рику.
Станом на 2015 рік, глобальна потужність геотермальної енергетики становить 12,8 гігават (ГВт), яка, як очікується, зросте до 14,5 до 17,6 ГВт до 2020 року. Більше того, Асоціація геотермальної енергетики (GEA) оцінює, що лише 6,5 відсотка всього глобального потенціалу було поки що використовується, тоді як МГЕЗК повідомляє, що потенціал геотермальної потужності знаходиться в діапазоні від 35 ГВт до 2 ТВ.
Проблеми з усиновленням:
Одна з проблем багатьох форм поновлюваних джерел енергії полягає в тому, що вони залежать від природних обставин - вітру, водопостачання та достатнього сонячного світла - які можуть встановити обмеження. Іншим питанням є відносний витрата багатьох форм альтернативної енергії порівняно з традиційними джерелами, такими як нафта та природний газ. Ще зовсім недавно запуск вугільних або нафтових установок дешевше, ніж вкладення мільйонів у будівництво великих сонячних, вітрових, припливних або геотермальних операцій.
Однак постійні вдосконалення виробництва сонячних батарей, вітрових турбін та іншого обладнання - не кажучи вже про поліпшення кількості виробленої енергії - призвели до того, що багато форм альтернативної енергетики стали конкурентоспроможними для інших методів. У всьому світі країни та громади активізують перехід до більш чистих, стійких та більш самодостатніх методів.
Ми написали багато цікавих статей про альтернативну енергетику в Space Magazine. Ось що таке альтернативна енергетика? Що таке сонячна енергія? і звідки береться геотермальна енергія? Чи може світ працювати на сонячній і вітровій енергії ?, і збирати сонячну енергію з космосу.
Ви також повинні ознайомитись з Національною лабораторією проекту з питань відновлюваної енергетики та політики з відновлюваної енергії.
Астрономічна ролях також має епізод на цю тему. Ось Епізод 51: Земля.
Джерела:
- Вікіпедія - поновлювана енергетика
- США Адміністрація енергетичної інформації - відновлювані та альтернативні види палива
