Alternative Energieressourcen. Arten von Energiequellen und ihre Verwendung. Alternative Wärmeenergiequellen: Wo und wie man Wärme erhält

Lassen Sie uns zunächst definieren, was alternative Energie ist. Und die Definition lautet wie folgt. alternative Energie ist eine Reihe vielversprechender Energieerzeugungsmethoden, die nicht so weit verbreitet sind wie herkömmliche, aber von großem Interesse sind, weil sie rentabel sind und mit einem geringen Risiko negativer Folgen für die Umwelt eingesetzt werden können. Darauf aufbauend alternative Energiequellen Dies ist ein Brennstoff für alternative Energie.

Die meisten werden zustimmen, dass wir eines Tages auf den üblichen Treibstoff verzichten müssen. Sie ist die Ursache für Kriege, Umweltverschmutzung und Klimawandel. Aber Wissenschaftler erforschen seit vielen Jahren alternative Quellen wie Sonne, Wind und Wasser.

Allerdings sind Windenergieanlagen und Solaranlagen im Vergleich zur Kohle- und Ölverarbeitung immer noch teurer und nicht für alle Bereiche geeignet.

Aus diesem Grund hören Forscher nicht auf, nach neuen Lösungen zu suchen, und wenden sich nach und nach weniger populären Methoden zu. Manche sind ziemlich ungewöhnlich, manche sind dumm, unrealistisch und manchmal ekelhaft.

Ein kreativer Ansatz bei der Suche nach alternativen Energiequellen bringt uns der Lösung von Energiesicherheitsproblemen näher. Und das müssen keine Großprojekte sein. Gegen Lösungen, die für den Einsatz auf kleiner Ebene konzipiert sind – in Dörfern oder Siedlungen in Entwicklungsländern – ist nichts einzuwenden.

10 alternative Energiequellen

Energie der Zukunft. Alternative Energiequellen der Zukunft

1) Zucker in den Tank eines Autos zu füllen ist ein alter und alles andere als harmloser Scherz, der zu Motorschäden führen kann. Aber Zucker kann ein ausgezeichneter Brennstoff sein für Ihr Auto. Spezialisten des Virginia Institute of Technology arbeiten daran, Wasserstoff aus Zucker herzustellen, der als sauberer, kostengünstiger Kraftstoff verwendet werden kann, der keine giftigen Substanzen oder Gerüche abgibt. Wissenschaftler lösen Zucker in Wasser mit dreizehn leistungsstarken Enzymen in einem Reaktor auf, der aus der Mischung Wasserstoff erzeugt.

Der Wasserstoff wird aufgefangen und zur Energieerzeugung in die Batterie gepumpt. Dadurch wird dreimal mehr Wasserstoff produziert als mit herkömmlichen Methoden, was sich auf die Kosten der Technologie auswirkt.

Leider wird es noch ein Dutzend Jahre dauern, bis Verbraucher ihre Autos mit Zucker betanken können. Am realistischsten wird in naher Zukunft das Design von Zuckerbatterien für Laptops, Mobiltelefone und andere elektrische Geräte sein. Diese Batterien funktionieren länger und zuverlässiger als die heutigen Analoga.

Andrey Voronin. Alternative Energiequellen

2) Energie, 100 Milliarden Mal mehr, als die gesamte Menschheit derzeit verbraucht, steht uns buchstäblich zur Verfügung. Das Solarwindenergie– ein Strom geladener Teilchen, den die Sonne aussendet. Brooke Harrop, Physikerin an der Washington State University in Pullman, und der Physiker Dirk Schulze-Makuch vom Washington State Institute for Environmental and Natural Resources Research glauben, dass diese Partikel von einem Satelliten eingefangen werden könnten, der die Sonne in der Erdumlaufbahn umkreist.

Diesem Projekt zufolge wird der Satellit über einen Kupferdraht verfügen, der von einer hier befindlichen Batterie aufgeladen wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das Elektronen aus diesem Wind aufnimmt. Die Elektronenenergie wird von hier aus mit einem Infrarotlaser zur Erde übertragen und wird von der Erdatmosphäre nicht beeinflusst.

Es gibt auch Hindernisse für die Umsetzung dieses Projekts. Zunächst müssen wir das Problem des Schutzes des Satelliten vor Weltraummüll lösen. Zweitens kann die Erdatmosphäre einen Teil der Energie absorbieren, die aus großer Entfernung übertragen wird. Und es ist keine leichte Aufgabe, einen Infrarotstrahl auf einen ausgewählten Ort zu richten.

Diese Entwicklung bietet Aussicht auf die Energieversorgung von Raumfahrzeugen.

3) Viele Menschen sind der Meinung, dass Urin und Kot sofort entsorgt werden sollten. Aber Exkremente, die sowohl von Menschen als auch von Tieren produziert werden, enthalten Methan, das weder Farbe noch Geruch hat, aber besser Energie produzieren kann als Erdgas.

Die Idee, Hundekot umzuwandeln, wird von mindestens zwei Forschergruppen entwickelt – eine in Cambridge (Massachusetts), die andere von Spezialisten der Firma NorcalWaste, San Francisco. Zwei Gruppen schlagen vor, dass Tierbesitzer Abfallsammelbeutel verwenden, wenn sie mit ihren Haustieren spazieren gehen. Anschließend werden die Säcke in „Reaktoren“ geworfen, wo Methan produziert wird, das zur Straßenbeleuchtung verwendet werden kann.

Farmen in Pennsylvania suchen nach Viehmist als neue Energiequelle. 600 Kühe produzieren etwa 70.000 kg Mist pro Tag, was der Farm bei Verwendung etwa 60.000 US-Dollar pro Jahr einsparen wird. Dieser Abfall kann als Dünger sowie zur Beleuchtung und Heizung von Häusern verwendet werden. Und das amerikanische Unternehmen Hewlett-Packard beschrieb, wie Landwirte ihr Einkommen steigern können, indem sie ihr Einkommen an Internetanbieter vermieten, um Methanenergie für Computer zu nutzen.

Menschliche Abfälle sind nicht weniger wertvoll. In Australien gibt es einen Volkswagen Käfer, der mit Methan aus der Abwasseraufbereitung betrieben wird. Und laut Ingenieuren des britischen Unternehmens WessexWater produzieren die Abfälle von 70 Häusern genug Methan, damit ein Auto 16.000 km ohne Anhalten zurücklegen könnte.

Vergessen Sie auch den Urin nicht. Forscher der Fakultät für Physikalische Wissenschaften und Ingenieurwissenschaften der Heriot-Watt-Universität versuchen, die weltweit erste Urinbatterie zu entwickeln. Diese Technologie könnte sowohl in der Raumfahrt- als auch in der Militärindustrie Anwendung finden und die Energieerzeugung unterwegs ermöglichen. Harnstoff ist eine leicht zugängliche und ungiftige organische Substanz, die reich an Stickstoff ist. Der Mensch trägt also buchstäblich eine chemische Verbindung in sich herum, die eine Energiequelle sein kann.

Menschlicher Körper

4) Wenn Sie an einem heißen Tag in einem U-Bahn-Wagen fahren, denken Sie darüber nach, was die Wärme, die Ihr Körper produziert, genug, um ein ganzes Gebäude zu heizen. Das denken sie in Stockholm und Paris. Das Immobilienverwaltungsunternehmen Jernhuset entwickelt einen Plan, um die Wärme zu nutzen, die von den Fahrgästen einer U-Bahn erzeugt wird, die durch den Stockholmer Hauptbahnhof fährt. Die Wärme erwärmt das Wasser, das durch die Rohre fließt und in die Lüftungssysteme von Gebäuden gelangt. Und in Paris will der Eigentümer einer Pariser Wohnanlage 17 Wohnungen in der Nähe des Centre Pompidou mit Hilfe von U-Bahn-Fahrgästen heizen.

So seltsam es auch klingen mag, nicht weniger wahrscheinlich ist ein Projekt, bei dem die Energie toter Körper zum Heizen eines Gebäudes genutzt wird. Diese Methode wird von einem Krematorium in Großbritannien verwendet, das von seinen „Kunden“ beheizt wird. Die beim Verbrennen der Leichen entstehende Wärme wurde früher durch ein Quecksilberentfernungssystem aufgefangen, jetzt wird die Wärme durch Rohre zur Beheizung von Gebäuden geleitet.

5) Ausbrechen und der Natur helfen – mit diesem Slogan kann eine neue Strategie beworben werden. Der Rotterdamer Club Watt nutzt die Vibrationen laufender und tanzender Kunden, um eine Lichtshow zu betreiben. Das ist möglich dank der Verwendung piezoelektrischer Materialien, die unter Druck Schwingungen in umwandeln kann.

Auch die US-Armee ist daran interessiert, Piezoelektrika zur Energiegewinnung einzusetzen. Piezoelektrika werden in Soldatenstiefeln eingesetzt, um Radios und andere elektrische Geräte mit Strom zu versorgen. Trotz ihres enormen Potenzials ist diese Technologie nicht sehr weit verbreitet. Vor allem wegen der hohen Kosten. Um einen solchen Boden auf 2500 qm zu verlegen. Der Watt-Club gab 257.000 Dollar aus, was sich nie auszahlte. In Zukunft wird diese Beschichtung jedoch verbessert, um die erzeugte Energiemenge zu erhöhen – das Tanzen wird wirklich energiegeladen!

6) Nur jedes Jahr in Kalifornien Es fallen mehr als 700.000 Tonnen Schlamm an– unlösliche Ablagerungen von Dampfkesseln als Schlamm oder in fester Form. Aber nicht jeder weiß, dass dieses Material ausreicht, um 10.000.000 Kilowattstunden Strom pro Tag zu produzieren. Forscher der Universität von Nevada trocknen den Schlamm, um ihn in Brennstoff für die weitere Vergasung umzuwandeln, der zur Stromerzeugung führen wird. Wissenschaftler haben eine Anlage entwickelt, die viskoses Sediment mithilfe von Sand, der bei niedriger Temperatur „kocht“, in Pulver verwandelt. Dadurch erhalten wir preiswerten, aber hochwertigen Kraftstoff.

Diese Technologie wandelt Abfall in Kraftstoff um und kann direkt in der Produktion eingesetzt werden, wodurch Geld für den Transport und die Entsorgung von Schlamm gespart wird. Diese Studien sind noch nicht abgeschlossen, aber vorläufige Schätzungen deuten darauf hin, dass die Anlage bei Vollauslastung theoretisch 25.000 Kilowattstunden Energie pro Tag erzeugen könnte.

7) Quallen, die in der Tiefe leben und enthalten Stoffe, die zu Energiequellen werden können. Sie leuchten dank grün fluoreszierendem Protein. Das Team der Chalmers University platzierte dieses Protein auf Elektroden und bestrahlte sie mit UV-Strahlen, woraufhin die Substanz begann, Elektronen zu emittieren.

Aus diesem Protein wurde biologischer Treibstoff hergestellt, der ohne Lichtquelle Strom erzeugt; stattdessen kam ein Stoffgemisch zum Einsatz – Magnesium mit dem Biokatalysator Luciferase, der in Glühwürmchen vorkommt.

8) Es gibt drei „explodierende Seen“, das seinen Namen aufgrund der großen Mengen an Kohlendioxid und Methan erhielt, die sich aufgrund der Temperatur- und Dichteunterschiede des Wassers in der Tiefe ansammeln.

Ändert sich das Temperaturniveau, entweichen Gase aus dem See wie ein Korken aus einer Limonadenflasche und töten alles Leben in Reichweite. Eine solche Tragödie ereignete sich 1984 in Kamerun, als der Nyos-See eine große Kohlendioxidwolke freisetzte, die den Tod Hunderter Menschen und Tiere zur Folge hatte.

In Ruanda gibt es einen ähnlichen See (Kivu). Die lokale Regierung beschloss jedoch, dieses tödliche Gas endgültig zu nutzen und baute hier ein Kraftwerk, das Gase aus dem See pumpt und damit drei Generatoren antreibt, die 3,6 MW Energie produzieren. Die Regierung geht davon aus, dass dieses Kraftwerk bald genug Energie erzeugen kann, um den Bedarf eines Drittels des Landes zu decken.

9) In der Natur leben Milliarden von Bakterien Und wie jedes Lebewesen haben sie ihre eigene Überlebensstrategie, wenn es nicht genug Nahrung gibt. Beispielsweise verfügt das Bakterium E. coli über eine Reserve an Fettsäuren, deren Zusammensetzung Polyester ähnelt. Dieselben Fettsäuren werden bei der Herstellung von Biodiesel verwendet. Nachdem Wissenschaftler diese Eigenschaft von Bakterien erkannt haben, sehen sie große Aussichten, sie genetisch so zu verbessern, dass sie große Mengen an Säuren produzieren.

Zuerst entfernten die Wissenschaftler Enzyme aus den Bakterien und dehydrierten dann die Fettsäuren, um Sauerstoff zu entfernen. Dadurch wandelten sie die Bakterien in etwas wie Dieselkraftstoff um.

10) sind leere Röhren, die aus Kohlenstoffatomen bestehen. Ihr Anwendungsbereich ist sehr breit: von der Panzerung bis zur Schaffung von „Aufzügen“, die verschiedene Ladungen zum Mond transportieren können. Und kürzlich hat eine Gruppe von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute die Möglichkeit entdeckt, Nanoröhren zum Sammeln von Sonnenenergie zu verwenden, und die Effizienz dieser Röhren ist 100-mal besser als die der uns heute bekannten Photovoltaikzellen. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, dass die Nanoröhren als Antennen fungieren, um Sonnenlicht einzufangen und es an Sonnenkollektoren weiterzuleiten, die es in Sonnenlicht umwandeln. Anstatt also das gesamte Dach seines Hauses mit Sonnenkollektoren zu bedecken, nimmt jemand, der Sonnenenergie mithilfe von Kohlenstoffnanoröhren nutzen möchte, einen Bruchteil der Fläche ein.

Energie war schon immer der wichtigste Faktor für die Existenz und den Fortschritt der menschlichen Zivilisation. Ohne sie ist jegliches menschliches Handeln undenkbar; die Volkswirtschaften der Länder und letztlich auch das Wohlergehen der Menschen hängen entscheidend davon ab. Der durchschnittliche Mensch ist so an die verschiedenen Erscheinungsformen gewöhnt und angepasst, dass er das Problem einfach nicht bemerkt und gedankenlos scheinbar endlose Ressourcen verbraucht.

Allerdings sind die Grenzen und Möglichkeiten traditioneller Energiequellen nicht unerschöpflich. Dies wird durch die Energiepolitik der meisten der wirtschaftlich größten Industrieländer der Erde, der Vereinten Nationen und anderer führender Weltorganisationen beredt belegt. Seit mehr als einem halben Jahrhundert suchen und entwickeln alle Interessierten aktiv nach alternativen Methoden zur Strom- und Wärmeerzeugung.

Die Entwicklung alternativer Energien ist eng mit großen Umweltproblemen verbunden. Globale Verschmutzung der Umwelt, der Weltmeere, erschreckende Statistiken über die Emissionen schädlicher Verbindungen in die Atmosphäre – all dies zeigt deutlich, dass alternative Energie und Ökologie im 21. Jahrhundert untrennbar miteinander verbunden sein werden.

Die Entwicklung und Suche nach unkonventionellen Energiequellen ist eine der wichtigsten Aufgaben der globalen Wissenschaftsgemeinschaft. Von seiner Lösung hängen die Ökologie des Planeten, die Situation mit der drohenden totalen Energiekrise, die weitere wirtschaftliche Entwicklung der Länder und damit der Lebensstandard ihrer Bevölkerung ab.

Die Menschheit hat seit langem die Notwendigkeit erkannt, Energie zu gewinnen, hat gelernt, sie zu nutzen und daraus greifbare Vorteile zu ziehen.

Die Nutzung der Windenergie führte zur Entstehung von Segelschiffen, Kriegsschiffen und Handelsschiffen. Es entstanden Militärflotten und der Seehandel begann sich zu entwickeln.

Die Erfindung der Mühlen zur Herstellung von Brot basierte auf der Nutzung der Wasserenergie, die durch die Bewegung eines Wasserrades erzeugt wurde. Ihr Aussehen wirkte sich positiv auf die demografische Situation der Länder der Antike aus und die Lebenserwartung der Menschen stieg stark an.

Seit jeher dient die Nutzung von Hausmüll und Überresten ausgestorbener Pflanzen als Brennstoff zur Zubereitung von Nahrungsmitteln und bildet die Grundlage für die Entstehung der frühen Metallurgie.

Dann kamen der Menschheit wichtige geologische Entdeckungen zu Hilfe. Der wissenschaftliche und technische Fortschritt und die industrielle Revolution führten dazu, dass bereits Ende des 19. Jahrhunderts Kohlenwasserstoffe zur Hauptenergiequelle wurden. Segel, Ruder und die Muskelkraft von Pferden und anderen Tieren wurden durch billige Motoren ersetzt, die fossile Brennstoffe verbrennen.

Die Wirtschaft der meisten Staaten stellte auf Kohlenwasserstoffe um, nebenbei entwickelte sich die Wasserkraft, und ab Mitte des 20. Jahrhunderts kam die Kernenergie auf den Plan.

Eine solche fortschreitende Entwicklung hätte weitergehen können, wenn die Zivilisation in den 60er und 70er Jahren des 20. Jahrhunderts nicht mit dem Problem der globalen Verschmutzung der Erde konfrontiert gewesen wäre, die eng mit dem anthropogenen Klimawandel zusammenhängt.

Die moderne Energie hält sich selbstbewusst gegen chemische, radioaktive, Aerosol- und andere Arten von Umweltverschmutzung. Die Lösung der relevanten Probleme wirkt sich direkt positiv auf die Möglichkeit zur Beseitigung von Umweltproblemen aus.

Die Hauptschwierigkeit des modernen Energieproblems liegt darin, dass diese verarbeitende Industrie sehr schnell expandiert. Zum Vergleich: Wenn sich die Erdbevölkerung durchschnittlich alle halben Jahrhunderte verdoppelt, verdoppelt sich der Energieverbrauch der Menschheit alle 15 Jahre.

Die Überlagerung von Bevölkerungswachstum und Wachstum im Energiesektor führt somit zu einem Lawineneffekt: Der Energiebedarf und -bedarf pro Kopf wächst stetig.

Derzeit gibt es keine Anzeichen für einen Rückgang des Verbrauchs. Um diesen Anforderungen in naher Zukunft dauerhaft gerecht zu werden, muss die Menschheit schnell mehrere wichtige Fragen für sich selbst beantworten:

• Welchen tatsächlichen Einfluss haben wichtige Energiearten auf die Noosphäre (Bereich menschlicher Aktivität), wie wird sich ihr Beitrag zur Energiebilanz in naher und ferner Zukunft verändern?
• Wie können die negativen Auswirkungen der Nutzung traditioneller Methoden der Energieerzeugung und ihrer Nutzung neutralisiert werden?
• Welche Möglichkeiten gibt es, gibt es verfügbare Technologien zur Erzeugung alternativer Energie, welche Ressourcen können dafür genutzt werden, gibt es eine Zukunft für alternative Energiequellen?

Alternative Energie als alternative Zukunft der Menschheit

Was ist alternative Energie? Hinter diesem Konzept verbirgt sich eine völlig neue Branche, die allerlei vielversprechende Entwicklungen vereint, die auf die Suche und Nutzung alternativer Energiequellen abzielen.

Eine rasche Umstellung auf alternative Energiequellen ist aus folgenden Gründen notwendig:

Staaten, die alternative Energiearten nutzen, erhalten einen unschätzbaren Bonus – eine praktisch unerschöpfliche, unbegrenzte Versorgung, da der Löwenanteil dieser Quellen erneuerbar ist.

Haupttypen alternativer Energiequellen

In letzter Zeit wurden viele unkonventionelle Möglichkeiten der Energieerzeugung praktisch erprobt. Statistiken besagen, dass wir immer noch von Tausendstel Prozent potenzieller Nutzung sprechen.

Typische Schwierigkeiten, auf die die Entwicklung alternativer Energiequellen zwangsläufig stößt, sind völlige Gesetzeslücken in den meisten Ländern hinsichtlich der Ausbeutung natürlicher Ressourcen als Staatseigentum. Eng mit der fehlenden rechtlichen Entwicklung verbunden ist das Problem der zwangsläufigen Besteuerung alternativer Energien.

Schauen wir uns die 10 am häufigsten genutzten alternativen Energiequellen an.

Wind

Windenergie wird seit jeher vom Menschen genutzt. Der Entwicklungsstand moderner Technologien ermöglicht es, dies nahezu unterbrechungsfrei zu gestalten.

Die Stromerzeugung erfolgt mit mühlenähnlichen Windmühlen und speziellen Geräten. Der Windmühlenpropeller überträgt durch rotierende Flügel die kinetische Energie des Windes an einen Generator, der Strom erzeugt.

Besonders verbreitet sind solche Windkraftanlagen in China, Indien, den USA und westeuropäischen Ländern. Der unbestrittene Spitzenreiter auf diesem Gebiet ist Dänemark, das übrigens ein Pionier der Windenergie ist: Die ersten Anlagen entstanden hier Ende des 19. Jahrhunderts. Dänemark deckt auf diese Weise bis zu 25 % seines gesamten Strombedarfs.

Ende des 20. Jahrhunderts konnte China Berg- und Wüstengebiete nur mit Hilfe von Windgeneratoren mit Strom versorgen.

Die Nutzung der Windenergie ist vielleicht die fortschrittlichste Methode der Energieerzeugung. Dies ist eine ideale Syntheseoption, die alternative Energie und Ökologie vereint. Viele Industrieländer der Welt erhöhen ständig den Anteil des auf diese Weise gewonnenen Stroms an ihrer Gesamtenergiebilanz.

Sonne

Auch Versuche, Sonnenstrahlung zur Energiegewinnung zu nutzen, gibt es schon seit langem; derzeit ist dies einer der vielversprechendsten Wege zur Entwicklung alternativer Energien. Allein die Tatsache, dass die Sonne das ganze Jahr über in vielen Breitengraden des Planeten scheint und Zehntausende Male mehr Energie auf die Erde überträgt, als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht, inspiriert zur aktiven Nutzung von Solarstationen.

Die meisten der größten Kraftwerke befinden sich in den Vereinigten Staaten, aber Solarenergie ist in fast hundert Ländern weit verbreitet. Die Basis bilden Fotozellen (Sonnenstrahlungswandler), die zu großflächigen Solarpaneelen zusammengefasst werden.

Wärme der Erde

Die Wärme aus den Tiefen der Erde wird in vielen Ländern der Welt in Energie umgewandelt und für den menschlichen Bedarf genutzt. Wärmeenergie ist in Gebieten mit vulkanischer Aktivität, wo es viele Geysire gibt, sehr effektiv.

Spitzenreiter in diesem Bereich sind Island (die Hauptstadt des Landes, Reykjavik, ist vollständig mit Geothermie versorgt), die Philippinen (Anteil an der Gesamtbilanz - 20 %), Mexiko (4 %) und die USA (1 %). .

Die Einschränkung der Nutzung dieser Art von Quelle ist auf die Unmöglichkeit zurückzuführen, geothermische Energie über Entfernungen zu transportieren (eine typische lokale Energiequelle).

In Russland ist derzeit nur eine ähnliche Anlage (Kapazität - 11 MW) in Kamtschatka in Betrieb. Dort ist der Bau einer neuen Station (Kapazität - 200 MW) im Gange.

Zu den zehn vielversprechendsten Energiequellen der nahen Zukunft gehören:

• Solarstationen im Weltraum (der Hauptnachteil des Projekts sind die enormen finanziellen Kosten);
• menschliche Muskelkraft (gefragt vor allem für die Mikroelektronik);
• Energiepotenzial von Ebbe und Flut (Nachteil – hohe Baukosten, gigantische Leistungsschwankungen pro Tag);
• Kraftstoffbehälter (Wasserstoffbehälter) (die Notwendigkeit, neue Tankstellen zu bauen, die hohen Kosten für Autos, die damit betankt werden);
• schnelle Kernreaktoren (in flüssiges Na getauchte Brennstäbe) – die Technologie ist äußerst vielversprechend (die Möglichkeit der Wiederverwendung abgebrannter Abfälle);
• Biokraftstoff – in Entwicklungsländern (Indien, China) bereits weit verbreitet, Vorteile – Erneuerbarkeit, Umweltfreundlichkeit, Nachteil – Ressourcennutzung, Land für den Anbau von Pflanzen, Viehhaltung (Preiserhöhung, Nahrungsmittelknappheit);
• atmosphärische Elektrizität (Akkumulation des Blitzenergiepotentials), der Hauptnachteil ist die Beweglichkeit atmosphärischer Fronten, Entladungsgeschwindigkeit (Schwierigkeit der Akkumulation).

Unter alternativer Energie versteht man unkonventionelle Methoden zur Gewinnung, Übertragung und Nutzung von Energie. Auch als „grüne“ Energie bekannt. Alternative Quellen beziehen sich auf erneuerbare Ressourcen (wie Wasser, Sonnenlicht, Wind, Wellenenergie, geothermische Quellen, unkonventionelle Verbrennung erneuerbarer Brennstoffe).

Basierend auf drei Prinzipien:

1. Erneuerbarkeit.
2. Umweltfreundlichkeit.
3. Wirtschaftlich.

Альтернативная энергетика должна решить несколько остро стоящих в мире проблем: трата полезных ископаемых и выделение в атмосферу углекислого газа (это происходит при стандартных способах добычи энергии через газ, нефть и т.д.), что влечёт за собой глобальное потепление, необратимое изменение экологии и Treibhauseffekt.

Entwicklung alternativer Energie

Die Richtung gilt als neu, obwohl bereits im 18. Jahrhundert Versuche unternommen wurden, Wind-, Wasser- und Sonnenenergie zu nutzen. 1774 erschien das erste wissenschaftliche Werk zum Wasserbau, „Hydraulic Architecture“. Der Autor der Arbeit ist der französische Ingenieur Bernard Forest de Belidor. Nach der Veröffentlichung des Werkes erstarrte die Entwicklung der grünen Richtung für fast 50 Jahre.

• 1846 – erste Windkraftanlage, Konstrukteur – Paul la Cour.
• 1861 - Patent für die Erfindung eines Solarkraftwerks.
• 1881 – Bau eines Wasserkraftwerks an den Niagarafällen.
• 1913 – Bau der ersten Geothermiestation, Ingenieur – Italiener Piero Ginori Conti.
• 1931 – Bau des ersten industriellen Windparks auf der Krim.
• 1957 – Installation einer leistungsstarken Windkraftanlage (200 kW) in den Niederlanden, angeschlossen an das staatliche Netz.
• 1966 – Bau der ersten Station zur Energieerzeugung auf Wellenbasis (Frankreich).

In der schweren Krise der 1970er Jahre erhielt die alternative Energie einen neuen Entwicklungsimpuls. Von den 90er Jahren bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts wurde weltweit eine kritische Anzahl von Kraftwerksunfällen registriert, was zu einem zusätzlichen Anreiz für die Entwicklung grüner Energie wurde.

Alternative Energie in Russland

Der Anteil alternativer Energien in unserem Land beträgt etwa 1 % (nach Angaben des Energieministeriums). Bis 2020 soll dieser Wert auf 4,5 % gesteigert werden. Die Entwicklung grüner Energie wird nicht nur mit staatlichen Mitteln erfolgen. Die Russische Föderation lockt Privatunternehmer an und verspricht Geschäftsleuten, die eng an alternativen Entwicklungen beteiligt sind, eine kleine Rückerstattung (2,5 Kopeken pro 1 kW pro Stunde).

Das Potenzial für die Entwicklung grüner Energie in der Russischen Föderation ist enorm:

• Ozeane und Meeresküsten, Sachalin, Kamtschatka, Tschukotka und andere Gebiete können aufgrund ihrer geringen Bevölkerungszahl und Entwicklung als Windenergiequellen genutzt werden;
• Die Solarenergiequellen übersteigen insgesamt die Menge an Ressourcen, die durch die Verarbeitung von Öl und Gas gewonnen werden. Am günstigsten sind in dieser Hinsicht die Gebiete Krasnodar und Stawropol, der Ferne Osten, der Nordkaukasus usw.

(Das größte Solarkraftwerk im Altai, Russland)

In den letzten Jahren ist die Finanzierung dieser Branche zurückgegangen: Von 333 Milliarden Rubel ist sie auf 700 Millionen gesunken. Dies ist auf die globale Wirtschaftskrise und das Vorhandensein dringender Probleme zurückzuführen. Derzeit hat alternative Energie in der russischen Industrie keine Priorität.

Alternative Energie in Ländern auf der ganzen Welt

(Windgeneratoren in Dänemark)

Am dynamischsten entwickelt sich die Wasserkraft (aufgrund der Verfügbarkeit der Wasserressourcen). Wind- und Solarenergie hinken deutlich hinterher, obwohl einige Länder sich dafür entscheiden, in diese Richtung zu gehen.

So wird mit Hilfe von Windkraftanlagen Energie (von der Gesamtmenge) erzeugt:

• 28 % in Dänemark;
• 19 % in Portugal;
• 16 % in Spanien;
• 15 % in Irland.

Die Nachfrage nach Solarenergie ist geringer als das Angebot: Die Hälfte der Quellen, die die Produzenten liefern können, ist installiert.

(Solarkraftwerk in Deutschland)

TOP-5-Marktführer in der Produktion grüner Energie (Daten vom Portal Vesti.ru):

1. USA (24,7 %) – (alle Arten von Ressourcen, Sonnenlicht ist am stärksten betroffen).
2. Deutschland – 11,7 % (alle Arten alternativer Ressourcen).
3. Spanien – 7,8 % (Windquellen).
4. China – 7,6 % (alle Arten von Quellen, die Hälfte davon ist Windenergie).
5. Brasilien – 5 % (Biokraftstoffe, Solar- und Windquellen).

(Größtes Solarkraftwerk in Spanien)

Eines der am schwierigsten zu lösenden Probleme sind die Finanzen. Es ist oft günstiger, herkömmliche Energiequellen zu nutzen, als neue Geräte zu installieren. Eine der potenziell positiven Lösungen für dieses Problem ist eine starke Erhöhung der Preise für Strom, Gas usw., um die Menschen zum Sparen und im Laufe der Zeit zur vollständigen Umstellung auf alternative Energiequellen zu zwingen.

Die Entwicklungsprognosen gehen weit auseinander. So verspricht der Windenergieverband, dass der Anteil grüner Energie bis 2020 auf 12 % steigen wird, und EREC geht davon aus, dass im Jahr 2030 bereits 35 % des weltweiten Energieverbrauchs aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden.

Energie ist ein sehr wichtiger Teil des menschlichen Lebens. Ohne Energie ist die Existenz sowohl des menschlichen Körpers als auch aller auf der Erde existierenden Geräte unmöglich. Daher haben die Menschen zu allen Zeiten versucht, Energiequellen zu finden, die alle Produktionsbedürfnisse decken können.

Der Bedarf der Bevölkerung wächst täglich, daher werden neue, energieintensivere Ressourcen benötigt, die den Bedarf der Menschen befriedigen können. Gab es früher ausreichend Kohle und Öl, sind die Reserven jetzt erschöpft und der Bedarf wächst täglich. Daher werden derzeit aktiv neue alternative Energiearten entwickelt.

Möglichkeiten alternativer Energiearten – sind sie in der Lage, ein angenehmes menschliches Leben zu gewährleisten?

Alternative Energie hat sich längst von der Science-Fiction-Kategorie zu einem weit verbreiteten Format für die Organisation der Energieversorgung vieler Unternehmen und Siedlungen entwickelt. Forschung und Entwicklung sind keine Verschwendung. Und während sich die Arten alternativer Energiequellen vor ein paar Jahrzehnten auf Windkraftanlagen und den Einsatz von Sonnenkollektoren beschränkten, wurde diese Liste nun erweitert und deutlich ergänzt.

Welche Arten alternativer Energiequellen gibt es derzeit?

Solarbatterien wurden schon vor langer Zeit erfunden und heute ist es unwahrscheinlich, dass irgendjemand wirklich von ihnen überrascht werden kann. Heutzutage wird eine solche Energiequelle in vielen Bereichen aktiv genutzt. Es wird sowohl für industrielle Zwecke als auch zur Energieversorgung im privaten Bereich eingesetzt. Der Aufbau und das Funktionsprinzip solcher Geräte sind recht einfach. Allerdings erlauben die Kosten noch immer nicht, dass jemand diese Art der autonomen Energieversorgung nutzen kann.

Das Klima ist für den produktiven Betrieb von Solarmodulen sehr wichtig. Der Bereich, in dem dieses System installiert werden soll, sollte über viele warme Sonnentage im Jahr verfügen. Die Installation solcher Geräte in regnerischen und kälteren Gebieten ist weniger praktisch.

Eine weitere recht beliebte Art alternativer Energiequelle ist Wind. Am rentabelsten ist es, solche Kraftwerke in ländlichen Gebieten, in der Nähe von Feldern oder in Ebenen zu errichten. Mechanische Windenergie wird durch spezielle Generatoren in Strom umgewandelt. Die Rotorblätter von Windkraftanlagen drehen sich, um Windenergie aufzunehmen, die dann in den von uns genutzten Strom umgewandelt wird.

Auch der Preis dieser Ausrüstung ist nicht öffentlich bekannt, da er recht hoch ist. Allerdings liegen die notwendigen klimatischen Bedingungen auf einer größeren Fläche vor und sind akzeptabler.

Diese Art der Energieversorgung ist weniger beliebt als die vorherigen. Dies liegt daran, dass heiße Quellen recht selten sind und es nicht viele davon gibt. Es gibt jedoch auch eine solche Ressource. Das Funktionsprinzip von Anlagen zur Erzeugung dieser Energie besteht darin, dass Turbinen mit Dampf angetrieben werden, woraufhin elektrische Generatoren zu funktionieren beginnen.

In Gebieten mit Zugang zum Meer oder Ozean wird Wasserenergie oft erfolgreich genutzt. Die mechanische Kraft des Wassers bei Flut und Ebbe bringt spezielle, an der Station installierte Turbinen in Rotation. Dadurch wird es in Strom umgewandelt.

Kraftwerke dieser Art sind nicht so verbreitet. Ihre Amortisation ist nicht immer hoch genug, sodass ihre Wirksamkeit manchmal keinen wirklichen Nutzen bringt.

Auch die Wasserstoffreaktion kann eine Art alternative Energiequelle sein. Dabei können Wasser und Wärme freigesetzt und Strom erzeugt werden. Gleichzeitig ist diese Art der Energieerzeugung umweltfreundlich und weist einen hohen Wirkungsgrad auf.

Alle wissenschaftlichen Entwicklungen und Forschungen zielen hauptsächlich darauf ab, das Leben der Menschen zu verbessern. Einer dieser Bereiche, der die menschliche Existenz erheblich verändern kann, ist die Entwicklung des Energiesektors der Zukunft. Daher ist der Prozess der Suche und Inbetriebnahme neuer Methoden der Energieerzeugung für die Entwicklung der Gesellschaft von großer Bedeutung.

Geothermie und ihre Nutzung. Nutzung von Wasserkraftressourcen. Vielversprechende Solarenergietechnologien. Das Funktionsprinzip von Windkraftanlagen. Energie von Wellen und Strömungen. Stand und Perspektiven für die Entwicklung alternativer Energien in Russland.

Staatliche Universität Perm

Fakultät für Philosophie und Soziologie

Alternative Energiequellen

und die Möglichkeiten ihrer Verwendung in Russland

Abteilung für Soziologie und

Politikwissenschaft

Student: Uvarov P.A.

Gruppe: STSG-2-Kurs

Dauerwelle, 2009

Einführung

1 Konzept und Hauptarten alternativer Energie

1.1 Geothermie (Erdwärme)

1.2 Solarenergie

1.3 Windenergie

1.4 Wasserenergie

1,5 Wellenenergie

1.6 Energie der Ströme

2. Stand und Perspektiven für die Entwicklung alternativer Energien in Russland

Abschluss

Liste der verwendeten Quellen

Einführung

Nicht umsonst heißt es: „Energie ist das Brot der Industrie.“ Je weiter Industrie und Technologie entwickelt sind, desto mehr Energie benötigen sie. Es gibt sogar ein spezielles Konzept – „Fortschrittliche Energieentwicklung“. Das bedeutet, dass kein einziges Industrieunternehmen, keine einzige neue Stadt oder auch nur ein Haus gebaut werden kann, bevor die Energiequelle, die sie verbrauchen werden, identifiziert oder neu geschaffen wurde. Deshalb kann man anhand der Menge der erzeugten und verbrauchten Energie die technische und wirtschaftliche Macht oder einfacher gesagt den Reichtum eines Staates recht genau beurteilen.

Die Energiereserven in der Natur sind enorm. Es wird durch Sonnenstrahlen, Winde und bewegte Wassermassen transportiert und in Holz-, Gas-, Öl- und Kohlevorkommen gespeichert. Die in den Atomkernen der Materie „versiegelte“ Energie ist praktisch unbegrenzt. Allerdings sind nicht alle Formen für den direkten Gebrauch geeignet.

Im Laufe der langen Geschichte der Energie haben sich zahlreiche technische Mittel und Methoden angesammelt, um Energie zu erzeugen und in die für den Menschen benötigten Formen umzuwandeln. Tatsächlich wurde der Mensch erst zum Menschen, als er lernte, thermische Energie zu empfangen und zu nutzen. Das Feuer der Freudenfeuer wurde von den ersten Menschen angezündet, die seine Natur noch nicht verstanden, aber diese Methode zur Umwandlung chemischer Energie in Wärme wurde über Jahrtausende hinweg bewahrt und verbessert.

Die Menschen addierten die Muskelenergie der Tiere zur Energie ihrer eigenen Muskeln und ihres Feuers. Sie erfanden eine Technik, um chemisch gebundenes Wasser aus Ton mithilfe der thermischen Energie des Feuers zu entfernen – Töpferöfen, in denen langlebige Keramikprodukte hergestellt wurden. Von den dabei ablaufenden Vorgängen erfuhr der Mensch natürlich erst Jahrtausende später.

Dann erfanden die Menschen Mühlen – eine Technik zur Umwandlung der Energie von Windströmungen und Wind in die mechanische Energie einer rotierenden Welle. Doch erst mit der Erfindung der Dampfmaschine, des Verbrennungsmotors, der Wasser-, Dampf- und Gasturbine, des elektrischen Generators und Motors standen der Menschheit ausreichend leistungsstarke technische Geräte zur Verfügung. Sie sind in der Lage, natürliche Energie in andere Formen umzuwandeln, die für die Nutzung praktisch sind und große Arbeitsmengen erzeugen. Die Suche nach neuen Energiequellen endete damit nicht: Batterien, Brennstoffzellen, Solar-zu-Elektro-Energiewandler und bereits Mitte des 20. Jahrhunderts wurden Kernreaktoren erfunden.

Das Problem der Versorgung vieler Sektoren der Weltwirtschaft mit elektrischer Energie, der stetig wachsende Bedarf von mehr als sechs Milliarden Menschen auf der Erde, wird immer dringlicher.

Die Grundlage der modernen Weltenergie sind Wärme- und Wasserkraftwerke. Ihre Entwicklung wird jedoch durch eine Reihe von Faktoren behindert. Die Kosten für Kohle, Öl und Gas, mit denen Wärmekraftwerke betrieben werden, steigen, und die natürlichen Ressourcen dieser Brennstoffarten gehen zurück. Darüber hinaus verfügen viele Länder nicht oder nicht über eigene Treibstoffressourcen. Bei der Stromerzeugung in Wärmekraftwerken werden Schadstoffe in die Atmosphäre freigesetzt. Handelt es sich bei dem Brennstoff zudem um Kohle, insbesondere Braunkohle, die für andere Verwendungszwecke von geringem Wert ist und einen hohen Gehalt an unnötigen Verunreinigungen enthält, erreichen die Emissionen kolossale Ausmaße. Und schließlich verursachen Unfälle in Wärmekraftwerken große Schäden in der Natur, vergleichbar mit den Schäden eines Großbrandes. Im schlimmsten Fall kann ein solcher Brand von einer Explosion begleitet sein, die eine Wolke aus Kohlenstaub oder Ruß erzeugt.

Die Wasserkraftressourcen in Industrieländern sind nahezu vollständig genutzt: Die meisten für den Wasserbau geeigneten Flussabschnitte sind bereits erschlossen. Und welchen Schaden richten Wasserkraftwerke an der Natur an! Wasserkraftwerke emittieren zwar keine Emissionen in die Luft, verursachen jedoch erhebliche Schäden in der Gewässerumwelt. Erstens leiden Fische, weil sie Wasserkraftwerke nicht überwinden können. An Flüssen, an denen Wasserkraftwerke gebaut werden, insbesondere wenn es mehrere davon gibt – die sogenannten Wasserkraftwerkskaskaden – ändert sich die Wassermenge vor und nach den Staudämmen dramatisch. Riesige Stauseen an Tieflandflüssen treten über und die überschwemmten Gebiete gehen unwiederbringlich für Landwirtschaft, Wälder, Wiesen und menschliche Siedlungen verloren. Bei Unfällen in Wasserkraftwerken entsteht bei einem Durchbruch eines Wasserkraftwerks eine riesige Welle, die alle darunter liegenden Staudämme des Wasserkraftwerks wegfegt. Die meisten dieser Staudämme liegen jedoch in der Nähe von Großstädten mit mehreren hunderttausend Einwohnern.

Ein Ausweg aus dieser Situation wurde in der Entwicklung der Kernenergie gesehen. Ende 1989 waren weltweit mehr als 400 Kernkraftwerke (KKW) gebaut und in Betrieb. Allerdings gelten Kernkraftwerke heute nicht mehr als günstige und umweltfreundliche Energiequelle. Der Brennstoff für Kernkraftwerke ist Uranerz – ein teurer und schwer zu gewinnender Rohstoff, dessen Reserven begrenzt sind. Darüber hinaus sind Bau und Betrieb von Kernkraftwerken mit großen Schwierigkeiten und Kosten verbunden. Nur noch wenige Länder bauen weiterhin neue Atomkraftwerke. Ein gravierendes Hindernis für die weitere Entwicklung der Kernenergie ist das Problem der Umweltverschmutzung. All dies verkompliziert die Einstellung zur Kernenergie zusätzlich. Zunehmend werden Forderungen laut, ganz auf den Einsatz von Kernbrennstoffen zu verzichten, alle Kernkraftwerke zu schließen und zur Stromerzeugung in Wärmekraftwerken und Wasserkraftwerken zurückzukehren sowie sogenannte erneuerbare Energien zu nutzen – kleine bzw. kleine „nicht traditionell“ – Arten der Energieerzeugung. Zu letzteren zählen vor allem Anlagen und Geräte, die die Energie von Wind, Wasser, Sonne, Erdwärme sowie in Wasser, Luft und Erde enthaltene Wärme nutzen.

1. UMHauptarten alternativer Energie

1.1 Geothermie (Wärme aus der Erde)

Geothermie bedeutet wörtlich: Wärmeenergie der Erde. Das Volumen der Erde beträgt etwa 1085 Milliarden Kubikkilometer und ihr gesamter Erdkörper, mit Ausnahme einer dünnen Schicht der Erdkruste, weist eine sehr hohe Temperatur auf.

Berücksichtigt man zusätzlich die Wärmekapazität der Erdgesteine, wird deutlich, dass Erdwärme zweifellos die größte Energiequelle ist, die dem Menschen derzeit zur Verfügung steht. Darüber hinaus handelt es sich um Energie in reiner Form, da sie bereits in Form von Wärme vorliegt und daher weder Brennstoff verbrannt noch Reaktoren gebaut werden müssen, um sie zu gewinnen.

In einigen Gebieten liefert die Natur geothermische Energie in Form von Dampf oder überhitztem Wasser an die Oberfläche, das siedet und sich in Dampf verwandelt, wenn es die Oberfläche erreicht. Naturdampf kann direkt zur Stromerzeugung genutzt werden. Es gibt auch Gebiete, in denen geothermisches Wasser aus Quellen und Brunnen zum Heizen von Häusern und Gewächshäusern genutzt werden kann (ein Inselstaat im Nordatlantik – Island sowie unsere Inseln Kamtschatka und Kurilen).

Im Allgemeinen ist die Nutzung geothermischer Energie auf der Welt jedoch äußerst begrenzt, insbesondere angesichts des Ausmaßes der Tiefenwärme der Erde.

Bei der Stromerzeugung mit geothermischem Dampf werden die Feststoffe durch einen Abscheider vom Dampf getrennt und anschließend einer Turbine zugeführt. Die „Brennstoffkosten“ eines solchen Kraftwerks werden durch die Kapitalkosten der Förderbrunnen und eines Dampfsammelsystems bestimmt und sind relativ niedrig. Auch die Kosten für das Kraftwerk selbst sind gering, da dieses über keinen Feuerraum, keine Kesselanlage und keinen Schornstein verfügt. In dieser praktischen, natürlichen Form ist Geothermie eine kostengünstige Quelle elektrischer Energie. Leider gibt es auf der Erde selten oberflächliche Austritte von natürlichem Dampf oder überhitztem (d. h. mit einer Temperatur weit über 100 °C) Wasser, das unter Bildung einer ausreichenden Dampfmenge siedet.

Das globale Bruttopotenzial der Geothermie in der Erdkruste in einer Tiefe von bis zu 10 km wird auf 18.000 Billionen geschätzt. t konv. Treibstoff, der 1.700-mal größer ist als die geologischen Reserven an organischem Treibstoff weltweit. Allein in Russland belaufen sich die geothermischen Energieressourcen in der oberen Schicht der Erdkruste in einer Tiefe von 3 km auf 180 Billionen. t konv. Kraftstoff. Mit nur etwa 0,2 % dieses Potenzials könnte der Energiebedarf des Landes gedeckt werden. Die Frage ist nur der rationelle, kostengünstige und umweltfreundliche Einsatz dieser Ressourcen. Gerade weil diese Voraussetzungen bei der Errichtung von Pilotanlagen zur Nutzung der Geothermie im Land noch nicht gegeben sind, können wir heute die unzähligen Energiereserven nicht industriell erschließen.

Geothermie ist gemessen an der Nutzungsdauer die älteste alternative Energiequelle. Im Jahr 1994 waren weltweit 330 Blöcke solcher Stationen in Betrieb, wobei die USA hier dominierten (168 Blöcke auf den Geysir-„Feldern“ im Tal der Geysire, im Imperial Valley usw.). Sie belegte den zweiten Platz. Italien, wurde aber in den letzten Jahren von China und Mexiko überholt. Der größte Anteil der genutzten Geothermie entfällt auf Lateinamerika, liegt aber immer noch bei etwas mehr als 1 %.

In Russland sind Kamtschatka und die Kurilen vielversprechende Gebiete in diesem Sinne. Seit den 60er Jahren ist in Kamtschatka das vollautomatische Geothermiekraftwerk Pauzhetskaya mit einer Leistung von 11 MW erfolgreich in Betrieb; auf den Kurilen gibt es eine Station auf der Insel. Kunaschir. Solche Kraftwerke können nur in Gebieten mit hohen Verkaufspreisen für Strom konkurrenzfähig sein, und in Kamtschatka und auf den Kurilen ist dieser aufgrund der langen Distanzen für den Kraftstofftransport und des Fehlens von Eisenbahnen sehr hoch.

1.2 Energie der Sonne

Die Gesamtmenge an Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, ist 6,7-mal größer als das globale Potenzial fossiler Brennstoffressourcen. Mit nur 0,5 % dieser Reserve könnte der weltweite Energiebedarf für Jahrtausende vollständig gedeckt werden. Nach Norden Das technische Potenzial der Solarenergie in Russland (2,3 Milliarden Tonnen konventioneller Brennstoffe pro Jahr) ist etwa doppelt so hoch wie der heutige Brennstoffverbrauch.

Die Gesamtmenge an Sonnenenergie, die in einer Woche die Erdoberfläche erreicht, übersteigt die Energie aller weltweiten Öl-, Gas-, Kohle- und Uranreserven. Und in Russland hat Solarenergie das größte theoretische Potenzial, mehr als 2000 Milliarden Tonnen Brennstoffäquivalent (toe). Trotz dieses großen Potenzials im neuen Energieprogramm Russlands wird der Beitrag erneuerbarer Energiequellen für 2005 in einem sehr kleinen Umfang ermittelt – 17-21 Millionen Tonnen SKE. Es ist weit verbreitet, dass Solarenergie exotisch ist und ihre praktische Nutzung in ferner Zukunft (nach 2020) liegt. In diesem Beitrag werde ich zeigen, dass dies nicht der Fall ist und dass Solarenergie bereits heute eine ernsthafte Alternative zur herkömmlichen Energie darstellt.

Es ist bekannt, dass die Welt jedes Jahr so ​​viel Öl verbraucht, wie unter natürlichen Bedingungen in 2 Millionen Jahren gebildet wird. Der enorme Verbrauch nicht erneuerbarer Energieressourcen zu relativ niedrigen Preisen, die nicht die tatsächlichen Gesamtkosten der Gesellschaft widerspiegeln, bedeutet im Wesentlichen, von Krediten zu leben, von Krediten künftiger Generationen, die zu einem so niedrigen Preis keinen Zugang zu Energie haben werden. Energiesparende Technologien für ein Solarhaus sind hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes am akzeptabelsten. Ihr Einsatz wird den Energieverbrauch in Haushalten um bis zu 60 % senken. Ein Beispiel für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologien ist das Projekt „2000 Solardächer“ in Deutschland. In den Vereinigten Staaten sind in 1,5 Millionen Haushalten Solarwarmwasserbereiter mit einer Gesamtleistung von 1.400 MW installiert.

Bei einem Wirkungsgrad eines Solarkraftwerks (SPP) von 12 % kann der gesamte moderne Stromverbrauch in Russland aus einem SPP mit einer aktiven Fläche von etwa 4000 qm, das sind 0,024 % der Fläche, gedeckt werden.

Die praktischsten Anwendungen weltweit sind Hybrid-Solarkraftwerke mit folgenden Parametern: Wirkungsgrad 13,9 %, Dampftemperatur 371 Grad C, Dampfdruck 100 bar, Stromerzeugungskosten 0,08–0,12 Dollar/kWh, Gesamtleistung in den USA 400 MW zu einem Preis von 3 Dollar/W. Das Solarkraftwerk arbeitet im Spitzenmodus zum Verkaufspreis für 1 kWh Strom im Stromnetz: von 8 bis 12 Stunden – 0,066 $ und von 12 bis 18 Stunden – 0,353 $. Der Wirkungsgrad des Solarkraftwerks kann auf 23 erhöht werden % - der durchschnittliche Wirkungsgrad des Kraftwerkssystems und die Stromkosten werden durch die kombinierte Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme gesenkt.

Die wichtigste technologische Errungenschaft dieses Projekts ist die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung eines 100 m langen parabolisch-zylindrischen Glaskonzentrators mit einer Apertur von 5,76 m, einem optischen Wirkungsgrad von 81 % und einer Lebensdauer durch das deutsche Unternehmen Flachglass Solartechnik GMBH von 30 Jahren. Angesichts der Verfügbarkeit einer solchen Spiegeltechnologie in Russland empfiehlt sich die Massenproduktion von Solarkraftwerken in den südlichen Regionen, wo es Gaspipelines oder kleine Gasvorkommen gibt und die direkte Sonneneinstrahlung mehr als 50 % der Gesamtmenge ausmacht.

VIESKh schlug grundlegend neue Arten von Solarkonzentraten vor, die die Holographie-Technologie nutzen.

Seine Hauptmerkmale sind die Kombination der positiven Eigenschaften von Solarkraftwerken mit einem modularen Zentralreceiver und der Möglichkeit, sowohl herkömmliche Dampferhitzer als auch Solarzellen auf Siliziumbasis als Receiver zu verwenden.

Eine der vielversprechendsten Solarenergietechnologien ist die Schaffung von Photovoltaikanlagen mit Solarzellen auf Siliziumbasis, die direkte und diffuse Anteile der Sonnenstrahlung mit einem Wirkungsgrad von 12-15 % in elektrische Energie umwandeln. Laborproben haben einen Wirkungsgrad von 23 %. Die weltweite Produktion von Solarzellen übersteigt 50 MW pro Jahr und steigt jährlich um 30 %. Das derzeitige Produktionsniveau von Solarzellen entspricht der Anfangsphase ihrer Verwendung für Beleuchtung, Wasserförderung, Telekommunikationsstationen, Stromversorgung von Haushaltsgeräten in bestimmten Bereichen und in Fahrzeugen. Die Kosten für Solarzellen betragen 2,5–3 Dollar/W, während die Kosten für Strom 0,25–0,56 Dollar/kWh betragen. Solarstromanlagen ersetzen Kerosinlampen, Kerzen, Trockenzellen und Batterien sowie, in großer Entfernung vom Stromnetz und bei geringer Last, dieselelektrische Generatoren und Stromleitungen.

1.3 Windenergie

Angesichts der Zerstörung, die Stürme und Hurrikane anrichten können, wurde lange darüber nachgedacht, ob es möglich sei, Windenergie zu nutzen.

Die alten Perser waren die ersten, die vor über 1,5 Tausend Jahren Windmühlen mit Flügelsegeln aus Stoff bauten. Später wurden Windmühlen verbessert. In Europa wurde nicht nur Mehl gemahlen, sondern auch Wasser abgepumpt und Butter geschlagen, wie zum Beispiel in Holland. Der erste elektrische Generator wurde 1890 in Dänemark entwickelt. Nach 20 Jahren waren im Land bereits Hunderte ähnlicher Anlagen in Betrieb.

Windenergie ist sehr stark. Seine Reserven belaufen sich nach Schätzungen der Weltorganisation für Meteorologie auf 170 Billionen kWh pro Jahr. Diese Energie kann gewonnen werden, ohne die Umwelt zu belasten. Aber der Wind hat zwei erhebliche Nachteile: Seine Energie ist im Raum stark verteilt und er ist unvorhersehbar – er ändert oft die Richtung, lässt selbst in den windigsten Gegenden der Erde plötzlich nach und erreicht manchmal eine solche Stärke, dass Windmühlen kaputt gehen.

Der Bau, die Wartung und die Reparatur von Windkraftanlagen, die rund um die Uhr und bei jedem Wetter im Freien betrieben werden, sind nicht billig. Ein Windkraftwerk mit der gleichen Leistung wie ein Wasserkraftwerk, Wärmekraftwerk oder Kernkraftwerk muss im Vergleich dazu eine größere Fläche einnehmen. Zudem sind Windkraftanlagen nicht ungefährlich: Sie stören den Flug von Vögeln und Insekten, machen Lärm, reflektieren Radiowellen mit rotierenden Rotorblättern und stören den Empfang von Fernsehprogrammen in umliegenden besiedelten Gebieten.

Das Funktionsprinzip von Windkraftanlagen ist sehr einfach: Die Rotorblätter, die sich durch die Kraft des Windes drehen, übertragen mechanische Energie über die Welle an einen elektrischen Generator. Dadurch wird wiederum elektrische Energie erzeugt. Es stellt sich heraus, dass Windkraftanlagen wie batteriebetriebene Spielzeugautos funktionieren, nur dass das Funktionsprinzip umgekehrt ist. Anstatt elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, wird Windenergie in elektrischen Strom umgewandelt.

Um Windenergie zu gewinnen, werden verschiedene Designs verwendet: mehrblättrige „Gänseblümchen“; Propeller wie Flugzeugpropeller mit drei, zwei oder sogar einem Blatt (dann hat es ein Gegengewicht); vertikale Rotoren, die einem der Länge nach geschnittenen und auf einer Achse montierten Fass ähneln; eine Art „auf dem Kopf stehender“ Hubschrauberpropeller: Die äußeren Enden seiner Blätter sind nach oben gebogen und miteinander verbunden. Vertikale Strukturen sind gut, weil sie Wind aus jeder Richtung abfangen. Der Rest muss sich mit dem Wind drehen.

Um die Windschwankungen irgendwie auszugleichen, werden riesige „Windparks“ gebaut. Dort stehen Windkraftanlagen in Reihen auf einer riesigen Fläche und arbeiten für ein einziges Netzwerk. An einem Rand des „Bauernhofs“ kann es sein, dass der Wind weht, während es am anderen gleichzeitig ruhig ist. Windkraftanlagen sollten nicht zu nahe beieinander platziert werden, damit sie sich nicht gegenseitig blockieren. Daher nimmt die Farm viel Platz ein. Solche Parks gibt es in den USA, Frankreich, England und in Dänemark wurde ein „Windpark“ in den flachen Küstengewässern der Nordsee errichtet: Dort stört es niemanden und der Wind ist stabiler als an Land.

Um die Abhängigkeit von wechselnden Windrichtungen und -stärken zu verringern, umfasst das System Schwungräder, die Windböen teilweise glätten, sowie verschiedene Batterietypen. Meistens sind sie elektrisch. Sie nutzen aber auch Luft (eine Windmühle pumpt Luft in Zylinder; von dort aus treibt ihr gleichmäßiger Strom eine Turbine mit elektrischem Generator in Rotation) und Hydraulik (Wasser steigt durch die Kraft des Windes auf eine bestimmte Höhe und fällt dann wieder ab). , dreht die Turbine). Außerdem sind Elektrolysebatterien verbaut. Die Windmühle erzeugt einen elektrischen Strom, der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Sie werden in Zylindern gespeichert und bei Bedarf in einer Brennstoffzelle (d. h. in einem chemischen Reaktor, in dem die Energie des Brennstoffs in Elektrizität umgewandelt wird) oder in einer Gasturbine verbrannt, wobei sie wiederum Strom erhalten, jedoch ohne die damit verbundenen starken Spannungsschwankungen mit den Launen des Windes.

Mittlerweile sind weltweit mehr als 30.000 Windkraftanlagen unterschiedlicher Leistung in Betrieb. Deutschland bezieht 10 % seines Stroms aus Wind und in ganz Westeuropa liefert Wind 2.500 MW Strom. Da sich Windparks amortisieren und ihr Design verbessert wird, sinken die Preise für Freileitungsstrom. So betrugen die Kosten für 1 kWh Strom, der in einem Windpark erzeugt wurde, 1993 in Frankreich 40 Rappen und sanken bis zum Jahr 2000 um das 1,5-fache. Tatsächlich kostet die Energie eines Kernkraftwerks nur 12 Rappen pro 1 kWh.

1.4 Wasserenergie

Der Wasserstand an den Meeresküsten ändert sich im Laufe des Tages dreimal. Solche Schwankungen machen sich besonders in Buchten und Mündungen von Flüssen bemerkbar, die ins Meer münden. Die alten Griechen erklärten die Schwankungen des Wasserspiegels mit dem Willen des Herrschers der Meere, Poseidon. Im 18. Jahrhundert Der englische Physiker Isaac Newton hat das Geheimnis der Gezeiten im Meer gelüftet: Riesige Wassermassen in den Weltmeeren werden durch die Gravitationskräfte von Mond und Sonne angetrieben. Alle 6 Stunden 12 Minuten wechselt die Flut auf Ebbe. Die maximale Gezeitenamplitude an verschiedenen Orten auf unserem Planeten ist nicht gleich und liegt zwischen 4 und 20 m.

Um ein einfaches Gezeitenkraftwerk (TPP) zu errichten, benötigt man ein Becken – eine aufgestaute Bucht oder eine Flussmündung. Der Damm verfügt über Durchlässe und installierte Turbinen. Bei Flut fließt Wasser in das Becken. Wenn der Wasserstand im Becken und im Meer gleich ist, werden die Tore der Durchlässe geschlossen. Mit Beginn der Ebbe sinkt der Wasserspiegel im Meer, und wenn der Druck ausreichend ist, beginnen die daran angeschlossenen Turbinen und Stromgeneratoren zu arbeiten und das Wasser verlässt nach und nach das Becken. Der Bau eines Gezeitenkraftwerks gilt als wirtschaftlich machbar in Gebieten mit Gezeitenschwankungen des Meeresspiegels von mindestens 4 m. Die Auslegungskapazität eines Gezeitenkraftwerks hängt von der Art der Gezeiten in dem Gebiet ab, in dem die Station gebaut wird. vom Volumen und der Fläche des Gezeitenbeckens sowie von der Anzahl der im Dammkörper installierten Turbinen.

In doppelt wirkenden Gezeitenkraftwerken bewegen Turbinen Wasser vom Meer zum Becken und zurück. Doppeltwirkendes PES ist in der Lage, viermal am Tag kontinuierlich 4–5 Stunden lang Strom zu erzeugen, mit Pausen von 1–2 Stunden. Um die Betriebszeit von Turbinen zu verlängern, gibt es komplexere Konzepte – mit zwei, drei oder mehr Becken, aber die Kosten solcher Projekte sind sehr hoch.

Das erste Gezeitenkraftwerk mit einer Leistung von 240 MW wurde 1966 in Frankreich an der Mündung des Flusses Rance in Betrieb genommen, der in den Ärmelkanal mündet, wo die durchschnittliche Gezeitenamplitude 8,4 m beträgt. 24 TPP-Wasserkraftwerke erzeugen durchschnittlich 502 Millionen kW pro Jahr. Stunde Strom. Für diese Station wurde eine Gezeitenkapseleinheit entwickelt, die drei direkte und drei umgekehrte Betriebsmodi ermöglicht: als Generator, als Pumpe und als Durchlass, was einen effizienten Betrieb des TPP gewährleistet. Laut Experten ist das Wärmekraftwerk am Rance River wirtschaftlich gerechtfertigt: Die jährlichen Betriebskosten sind niedriger als bei Wasserkraftwerken und betragen 4 % der Kapitalinvestitionen. Das Kraftwerk ist Teil des französischen Energiesystems und wird effizient genutzt.

1968 wurde an der Barentssee unweit von Murmansk ein Pilot-Industriekraftwerk mit einer Auslegungsleistung von 800 kW in Betrieb genommen. Der Ort seines Baus, Kislaya Guba, ist eine schmale Bucht mit einer Breite von 150 m und einer Länge von 450 m. Obwohl die Leistung des Wärmekraftwerks Kislogubskaya gering ist, war sein Bau wichtig für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Nutzung von Gezeitenenergie.

Es gibt Projekte für große Wärmekraftwerke mit einer Leistung von 320 MW (Kola) und 4000 MW (Mezenskaya) am Weißen Meer, wo die Gezeitenamplitude 7-10 m beträgt. Es ist auch geplant, das enorme Potenzial des Meeres zu nutzen ​​​Ochotsk, wo die Gezeitenhöhe an manchen Orten, zum Beispiel in der Penzhinskaya-Bucht, 12,9 m und in der Gizhiginskaya-Bucht 12-14 m beträgt.

Auch im Ausland wird in diesem Bereich gearbeitet. 1985 wurde in der Bay of Fundy in Kanada ein Gezeitenkraftwerk mit einer Leistung von 20 MW in Betrieb genommen (die Gezeitenamplitude beträgt hier 19,6 m). In China wurden drei kleine Gezeitenkraftwerke gebaut. Im Vereinigten Königreich wird ein 1000-MW-Gezeitenkraftwerksprojekt in der Severn-Mündung entwickelt, wo die durchschnittliche Gezeitenamplitude 16,3 m beträgt

Aus ökologischer Sicht hat PES einen unbestreitbaren Vorteil gegenüber Wärmekraftwerken, die Öl und Kohle verbrennen. Günstige Voraussetzungen für eine umfassendere Nutzung der Gezeitenenergie sind mit der Möglichkeit der Nutzung der kürzlich geschaffenen Gorlov-Röhre verbunden, die den Bau von Gezeitenkraftwerken ohne Dämme ermöglicht und deren Baukosten senkt. Die ersten dammlosen Wärmekraftwerke sollen in den kommenden Jahren in Südkorea gebaut werden.

1.5. Wellenenergie

Die Idee, Strom aus Meereswellen zu erzeugen, wurde bereits 1935 vom sowjetischen Wissenschaftler K.E. skizziert. Ziolkowski.

Der Betrieb von Wellenenergieanlagen basiert auf der Wirkung von Wellen auf Arbeitskörper in Form von Schwimmern, Pendeln, Schaufeln, Muscheln usw. Die mechanische Energie ihrer Bewegungen wird durch elektrische Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Wenn die Boje entlang der Welle schwingt, ändert sich der Wasserstand im Inneren. Dadurch tritt die Luft entweder aus oder hinein. Die Luftbewegung ist jedoch nur durch das obere Loch möglich (dies ist die Konstruktion der Boje). Und dort ist eine Turbine installiert, die sich immer in eine Richtung dreht, unabhängig davon, in welche Richtung sich die Luft bewegt. Schon relativ kleine Wellen von 35 cm Höhe bewirken, dass die Turbine mehr als 2000 U/min entwickelt. Eine andere Art der Anlage ist so etwas wie ein stationäres Mikrokraftwerk. Äußerlich sieht es aus wie eine Kiste, die in geringer Tiefe auf Stützen montiert ist. Die Wellen dringen in den Kasten ein und treiben die Turbine an. Und hier reicht schon ein ganz geringer Seegang zum Arbeiten. Gleichmäßig leuchten 20 cm hohe Glühbirnen mit einer Gesamtleistung von 200 W.

Derzeit werden Wellenenergieanlagen zur Stromversorgung autonomer Bojen, Leuchtfeuer und wissenschaftlicher Instrumente eingesetzt. Unterwegs können große Wellenstationen zum Wellenschutz von Offshore-Bohrplattformen, offenen Reeden und Meereskulturfarmen eingesetzt werden. Die industrielle Nutzung der Wellenenergie begann. Weltweit werden etwa 400 Leuchttürme und Navigationsbojen durch Wellenanlagen angetrieben. In Indien wird der schwimmende Leuchtturm des Hafens von Madras mit Wellenenergie betrieben. Seit 1985 ist in Norwegen die weltweit erste industrielle Wellenstation mit einer Leistung von 850 kW in Betrieb.

Die Schaffung von Wellenkraftwerken wird durch die optimale Wahl des Meereswassergebiets mit einer stabilen Versorgung mit Wellenenergie und die effektive Gestaltung der Station bestimmt, die eingebaute Geräte zur Glättung des ungleichmäßigen Wellenregimes umfasst. Man geht davon aus, dass Wellenstationen mit einer Leistung von etwa 80 kW/m effektiv arbeiten können. Die Erfahrung beim Betrieb bestehender Anlagen hat gezeigt, dass der von ihnen erzeugte Strom immer noch zwei- bis dreimal teurer ist als bei herkömmlichen Anlagen, für die Zukunft wird jedoch mit einer deutlichen Kostensenkung gerechnet.

In Wellenanlagen mit pneumatischen Wandlern ändert der Luftstrom unter dem Einfluss von Wellen periodisch seine Richtung in die entgegengesetzte Richtung. Für diese Bedingungen wurde eine Wells-Turbine entwickelt, deren Rotor eine gleichrichtende Wirkung hat und die Drehrichtung bei Änderung der Luftströmungsrichtung unverändert beibehält; daher bleibt auch die Drehrichtung des Generators unverändert. Die Turbine hat in verschiedenen Wellenkraftwerken breite Anwendung gefunden.

Das Wellenkraftwerk „Kaimei“ („Sea Light“) – das leistungsstärkste in Betrieb befindliche Kraftwerk mit pneumatischen Konvertern – wurde 1976 in Japan gebaut. Bei seiner Arbeit nutzt es Wellen von bis zu 6 – 10 m Höhe. Auf einem Lastkahn 80 m lang, 12 m breit und mit einer Verdrängung von 500 Tonnen sind 22 nach unten offene Luftkammern eingebaut. Jedes Kammerpaar treibt eine Wells-Turbine an. Die Gesamtleistung der Anlage beträgt 1000 kW. Die ersten Tests wurden 1978 - 1979 durchgeführt. in der Nähe der Stadt Tsuruoka. Die Energieübertragung an Land erfolgte über ein etwa 3 km langes Unterwasserkabel. 1985 wurde in Norwegen, 46 km nordwestlich der Stadt Bergen, eine aus zwei Anlagen bestehende industrielle Wellenstation errichtet. Die erste Anlage auf der Insel Toftestallen funktionierte nach einem pneumatischen Prinzip. Es handelte sich um eine im Felsen vergrabene Stahlbetonkammer; Darüber wurde ein Stahlturm mit einer Höhe von 12,3 mm und einem Durchmesser von 3,6 m installiert. Die in die Kammer eintretenden Wellen führten zu einer Veränderung des Luftvolumens. Die dadurch entstehende Strömung durch das Ventilsystem drehte die Turbine und den dazugehörigen Generator mit einer Leistung von 500 kW, die Jahresleistung betrug 1,2 Millionen kW. h. Bei einem Wintersturm Ende 1988 wurde der Bahnhofsturm zerstört. Ein Projekt für einen neuen Stahlbetonturm wird entwickelt.

Der Entwurf der zweiten Anlage besteht aus einem kegelförmigen Kanal in einer etwa 170 m langen Schlucht mit 15 m hohen und 55 m breiten Betonwänden an der Basis, der in einen Stausee zwischen den Inseln mündet, der durch Dämme vom Meer getrennt ist, und a Staudamm mit Kraftwerk. Die Wellen, die durch den sich verengenden Kanal strömen, erhöhen ihre Höhe von 1,1 auf 15 m und fließen in den Stausee, dessen Pegel 3 m über dem Meeresspiegel liegt. Aus dem Stausee fließt das Wasser durch Niederdruck-Wasserturbinen mit einer Leistung von 350 kW. Die Station produziert jährlich bis zu 2 Millionen kWh Strom.

Und in Großbritannien wird ein origineller Entwurf einer Wellenenergieanlage vom Typ „Muschel“ entwickelt, bei der weiche Schalen – Kammern – als Arbeitsteile verwendet werden. Sie enthalten Luft unter einem Druck, der geringfügig über dem Atmosphärendruck liegt. Beim Aufrollen der Wellen werden die Kammern komprimiert und es entsteht ein geschlossener Luftstrom von den Kammern zum Einbaurahmen und zurück. Entlang des Strömungswegs sind Wells-Luftturbinen mit elektrischen Generatoren installiert. Derzeit entsteht eine schwimmende Versuchsanlage aus 6 Kammern, die auf einem 120 m langen und 8 m hohen Rahmen montiert sind. Die erwartete Leistung beträgt 500 kW. Weitere Entwicklungen zeigten, dass der größte Effekt durch die Anordnung der Kameras im Kreis erzielt wird. In Schottland wurde am Loch Ness eine Anlage bestehend aus 12 Kammern und 8 Turbinen getestet. Die theoretische Leistung einer solchen Anlage beträgt bis zu 1200 kW.

Das Design eines Wellenfloßes wurde erstmals 1926 in der UdSSR patentiert. 1978 wurden in Großbritannien experimentelle Modelle von Meereskraftwerken getestet, die auf einer ähnlichen Lösung basierten. Das Kokkerel-Wellenfloß besteht aus schwenkbaren Abschnitten, deren Bewegung relativ zueinander auf Pumpen mit elektrischen Generatoren übertragen wird. Die gesamte Struktur wird durch Anker gehalten. Das dreiteilige Kokkerel-Wellenfloß, 100 m lang, 50 m breit und 10 m hoch, kann eine Leistung von bis zu 2.000 kW liefern.

In der UdSSR wurde das Wellenfloßmodell in den 70er Jahren getestet. am Schwarzen Meer. Sie hatte eine Länge von 12 m, die Breite der Schwimmkörper betrug 0,4 m. Auf Wellen von 0,5 m Höhe und 10 – 15 m Länge entwickelte die Anlage eine Leistung von 150 kW.

Bei dem als Salter Duck bekannten Projekt handelt es sich um einen Wellenenergiekonverter. Die Arbeitsstruktur ist ein Schwimmer („Ente“), dessen Profil nach den Gesetzen der Hydrodynamik berechnet wird. Das Projekt sieht die Installation einer großen Anzahl großer Schwimmer vor, die nacheinander auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. Unter dem Einfluss von Wellen beginnen sich die Schwimmer zu bewegen und kehren durch die Kraft ihres Eigengewichts in ihre ursprüngliche Position zurück. Dabei werden Pumpen in einem mit speziell aufbereitetem Wasser gefüllten Schacht aktiviert. Durch ein System von Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern wird ein Druckunterschied erzeugt, der Turbinen antreibt, die zwischen den Schwimmkörpern installiert und über die Meeresoberfläche angehoben sind. Der erzeugte Strom wird über ein Unterseekabel übertragen. Um die Lasten effizienter zu verteilen, sollten 20–30 Schwimmer auf dem Schacht installiert werden. 1978 wurde ein Modell der Anlage getestet, bestehend aus 20 Schwimmkörpern mit einem Durchmesser von 1 m. Die erzeugte Leistung betrug 10 kW. Es wurde ein Projekt für eine leistungsstärkere Anlage mit 20 bis 30 Schwimmkörpern mit einem Durchmesser von 15 m entwickelt, die auf einem 1200 m langen Schacht montiert sind. Die geschätzte Leistung der Anlage beträgt 45.000 kW. Ähnliche Systeme, die vor der Westküste der Britischen Inseln installiert werden, könnten den Strombedarf Großbritanniens decken.

1.6 Energie der Ströme

Die stärksten Meeresströmungen sind eine potenzielle Energiequelle. Der heutige Stand der Technik ermöglicht es, Strömungen mit Strömungsgeschwindigkeiten von mehr als 1 m/s Energie zu entziehen. In diesem Fall beträgt die Leistung aus 1 m 2 Strömungsquerschnitt etwa 1 kW. Es erscheint vielversprechend, so starke Strömungen wie den Golfstrom und den Kuroshio-Strom zu nutzen, die 83 bzw. 55 Millionen Kubikmeter Wasser mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 m/s befördern, und den Florida-Strom (30 Millionen Kubikmeter/s, Geschwindigkeit erhöhen). bis 1,8 m/s).

Für die Meeresenergie sind Strömungen in der Straße von Gibraltar, im Ärmelkanal und in der Kurilenstraße von Interesse. Allerdings ist die Errichtung von Meereskraftwerken unter Nutzung der Energie von Strömungen immer noch mit einer Reihe technischer Schwierigkeiten verbunden, vor allem mit der Schaffung großer Kraftwerke, die eine Gefahr für die Schifffahrt darstellen.

Das Coriolis-Programm sieht die Installation von 242 Turbinen mit zwei gegenläufig rotierenden Laufrädern von 168 m Durchmesser in der Straße von Florida, 30 km östlich der Stadt Miami, vor. Ein Paar Laufräder befindet sich in einer hohlen Aluminiumkammer, die der Turbine Auftrieb verleiht. Um die Effizienz zu steigern, sollen die Radschaufeln sehr flexibel gestaltet werden. Das gesamte Coriolis-System mit einer Gesamtlänge von 60 km wird entlang der Hauptströmung ausgerichtet; seine Breite mit Turbinenanordnung in 22 Reihen zu je 11 Turbinen wird 30 km betragen. Die Einheiten sollen zum Aufstellungsort geschleppt und 30 m tief eingegraben werden, um die Navigation nicht zu beeinträchtigen.

Nachdem der größte Teil des Südpassats in das Karibische Meer und den Golf von Mexiko gelangt ist, kehrt das Wasser von dort über den Golf von Florida in den Atlantik zurück. Die Breite der Strömung wird minimal - 80 km. Gleichzeitig beschleunigt es seine Bewegung auf 2 m/s. Wenn der Floridastrom durch den Antillenstrom verstärkt wird, erreicht der Wasserdurchfluss sein Maximum. Es entsteht eine Kraft, die völlig ausreicht, um eine Turbine mit schwenkenden Schaufeln in Bewegung zu setzen, deren Welle mit einem elektrischen Generator verbunden ist. Als nächstes erfolgt die Stromübertragung über ein Unterwasserkabel zum Ufer.

Das Turbinenmaterial ist Aluminium. Lebensdauer – 80 Jahre. Ihr fester Platz ist unter Wasser. Das Heben an die Wasseroberfläche dient nur der vorbeugenden Reparatur. Sein Betrieb ist praktisch unabhängig von Eintauchtiefe und Wassertemperatur. Die Rotorblätter drehen sich langsam, sodass kleine Fische frei durch die Turbine schwimmen können. Der große Eingang ist jedoch mit einem Sicherheitsnetz verschlossen.

Amerikanische Ingenieure glauben, dass der Bau eines solchen Bauwerks sogar billiger ist als der Bau von Wärmekraftwerken. Es besteht keine Notwendigkeit, ein Gebäude zu errichten, Straßen zu verlegen oder Lagerhallen einzurichten. Und die Betriebskosten sind deutlich geringer.

Die Nettoleistung jeder Turbine wird unter Berücksichtigung der Betriebskosten und Verluste bei der Übertragung an Land 43 MW betragen, was den Bedarf des Bundesstaates Florida (USA) zu 10 % decken wird.

Der erste Prototyp einer solchen Turbine mit einem Durchmesser von 1,5 m wurde in der Straße von Florida getestet. Außerdem wurde ein Entwurf für eine Turbine mit einem Laufrad mit einem Durchmesser von 12 m und einer Leistung von 400 kW entwickelt.

2 Stand und Perspektiven für die Entwicklung alternativer Energien in Russland

Der Anteil der traditionellen Brennstoffenergie an der globalen Energiebilanz wird kontinuierlich sinken und durch nichttraditionelle – alternative Energien ersetzt, die auf der Nutzung erneuerbarer Energiequellen basieren. Und nicht nur sein wirtschaftliches Wohlergehen, sondern auch seine Unabhängigkeit und seine nationale Sicherheit hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der dies in einem bestimmten Land geschieht.

Die Situation mit erneuerbaren Energiequellen in Russland kann, wie fast alles in unserem Land, als einzigartig bezeichnet werden. Die Reserven dieser Quellen, die bereits auf dem heutigen technischen Niveau genutzt werden können, sind enorm. Hier ist eine der Schätzungen: Sonnenstrahlungsenergie – 2300 Milliarden TUT (Tonnen Standardbrennstoff); Wind – 26,7 Milliarden TOE, Biomasse – 10 Milliarden TOE; Erdwärme - 40.000 Milliarden TU; kleine Flüsse - 360 Milliarden; Meere und Ozeane - 30 Milliarden. Diese Quellen übersteigen den aktuellen Energieverbrauch in Russland bei weitem (1,2 Milliarden TEU pro Jahr). Bei all dieser unvorstellbaren Fülle kann man jedoch nicht einmal sagen, dass Krümel verwendet werden – mikroskopische Mengen. Wie weltweit ist auch in Russland die Windenergie die am weitesten entwickelte erneuerbare Energieform. Damals in den 1930er Jahren. In unserem Land wurden bereits in den 1960er Jahren mehrere Arten von Windkraftanlagen mit einer Leistung von 3 bis 4 kW in Massenproduktion hergestellt. ihre Produktion wurde eingestellt. In den letzten Jahren der UdSSR widmete die Regierung diesem Bereich erneut Aufmerksamkeit, hatte jedoch keine Zeit, ihre Pläne umzusetzen. Allerdings von 1980 bis 2006. Russland verfügt über große wissenschaftliche und technische Reserven (bei der praktischen Nutzung erneuerbarer Energiequellen weist Russland jedoch erhebliche Rückstände auf). Heute beträgt die Gesamtkapazität der in Russland betriebenen, im Bau befindlichen und zur Inbetriebnahme geplanten Windkraftanlagen und Windparks 200 MW. Die Leistung einzelner Windkraftanlagen russischer Unternehmen liegt zwischen 0,04 und 1000,0 kW. Als Beispiel nennen wir mehrere Entwickler und Hersteller von Windkraftanlagen und Windparks. In Moskau produziert LLC SKTB Iskra Windkraftwerke M-250 mit einer Leistung von 250 W. In Dubna, Region Moskau, produziert das staatliche Designbüro „Raduga“ einfach zu installierende Windkraftanlagen mit 750 W, 1 kW und 8 kW; Das St. Petersburger Forschungsinstitut Elektropribor produziert Windkraftanlagen bis 500 W.

In Kiew seit 1999 Die Forschungs- und Produktionsgruppe WindElectric produziert heimische Windkraftanlagen WE-1000 mit einer Leistung von 1 kW. Die Spezialisten der Gruppe haben eine einzigartige mehrflügelige, universell schnelle und absolut geräuschlose Kleinturbine entwickelt, die jeden Luftstrom effektiv nutzt.

Chabarowsk „Unternehmen LMV Wind Energy“ produziert Windparks mit einer Leistung von 0,25 bis 10 kW, letztere können zu Systemen mit einer Leistung von bis zu 100 kW kombiniert werden. Seit 1993 Dieses Unternehmen hat 640 Windkraftanlagen entwickelt und produziert. Die meisten sind in Sibirien, im Fernen Osten, auf Kamtschatka und Tschukotka installiert. Die Lebensdauer von Windparks beträgt in jeder Klimazone 20 Jahre. Das Unternehmen liefert auch Solarmodule, die in Verbindung mit Windkraftanlagen betrieben werden (die Leistung solcher Wind-Solar-Anlagen reicht von 50 W bis 100 kW).

Was die Windenergieressourcen in Russland betrifft, sind die vielversprechendsten Gebiete die Küste des Arktischen Ozeans, Kamtschatka, Sachalin, Tschukotka, Jakutien sowie die Küste des Finnischen Meerbusens, des Schwarzen und des Kaspischen Meeres. Hohe durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeiten, geringe Verfügbarkeit zentraler Stromnetze und eine Fülle ungenutzter Flächen machen diese Gebiete nahezu ideal für die Entwicklung der Windenergie. Ähnlich verhält es sich mit der Solarenergie. Die pro Woche auf das Territorium unseres Landes gelieferte Sonnenenergie übersteigt die Energie aller russischen Ressourcen an Öl, Kohle, Gas und Uran. In diesem Bereich gibt es zwar interessante Entwicklungen im Inland, es gibt jedoch keine staatliche Unterstützung dafür und somit auch keinen Photovoltaikmarkt. Allerdings wird die Produktionsmenge von Solarmodulen in Megawatt gemessen. In 2006 Es wurden etwa 400 MW produziert. Es besteht die Tendenz zu einem gewissen Anstieg. Käufer aus dem Ausland zeigen jedoch größeres Interesse an den Produkten verschiedener Forschungs- und Produktionsverbände, die Solarzellen herstellen; für Russen sind sie immer noch teuer; insbesondere, weil Rohstoffe für die Herstellung kristalliner Folienelemente aus dem Ausland importiert werden müssen (zu Sowjetzeiten befanden sich Siliziumproduktionsanlagen in Kirgisistan und der Ukraine). Die günstigsten Gebiete für die Nutzung von Solarenergie in Russland sind der Nordkaukasus , Gebiete Stawropol und Krasnodar, Gebiet Astrachan, Kalmückien, Tuwa, Burjatien, Gebiet Tschita, Fernost.

Die größten Erfolge bei der Nutzung der Solarenergie wurden im Bereich der Schaffung von Wärmeversorgungssystemen mit Flachkollektoren erzielt. Den ersten Platz in Russland bei der Umsetzung solcher Systeme nimmt die Region Krasnodar ein, wo in den letzten Jahren gemäß dem aktuellen regionalen Energiesparprogramm etwa hundert große solare Warmwasserversorgungssysteme und viele kleine Anlagen zur individuellen Nutzung entstanden sind gebaut wurde. Solaranlagen zur Raumheizung haben in der Region Krasnodar und in der Republik Burjatien die größte Entwicklung erfahren. In Burjatien sind verschiedene Industrie- und Sozialeinrichtungen – Krankenhäuser, Schulen, das Elektromashina-Werk usw. – sowie private Wohngebäude mit Solarkollektoren mit einer Kapazität von 500 bis 3000 Litern Warmwasser (90-100 Grad Celsius) pro Jahr ausgestattet Tag. Relativ erhöhte Aufmerksamkeit wird der Entwicklung von Geothermiekraftwerken gewidmet, die unseren Energiemanagern offenbar bekannter sind, größere Kapazitäten erreichen und daher besser in das übliche Konzept des Energiegigantismus passen. Experten gehen davon aus, dass geothermische Energiereserven in Kamtschatka und den Kurilen Kraftwerke mit einer Leistung von bis zu 1000 MW liefern können.

Damals im Jahr 1967 In Kamtschatka wurde das Geothermiekraftwerk Pauzhetskaya mit einer Leistung von 11,5 MW gebaut. Es war das fünfte Geothermiekraftwerk der Welt. Im Jahr 1967 Das Geothermiekraftwerk Paratunka wurde in Betrieb genommen – das erste weltweit mit einem binären Rankine-Kreislauf. Derzeit wird das Geothermiekraftwerk Mutnovskaya mit einer Leistung von 200 MW unter Verwendung von Haushaltsgeräten des Turbinenwerks Kaluga gebaut. Dieses Werk begann auch mit der Serienproduktion von Modulblöcken für die geothermische Strom- und Wärmeversorgung. Mit solchen Blöcken können Kamtschatka und Sachalin nahezu vollständig mit Strom und Wärme aus geothermischen Quellen versorgt werden. In den Gebieten Stawropol und Krasnodar stehen geothermische Quellen mit einem relativ großen Energiepotenzial zur Verfügung. Heute beträgt der Beitrag geothermischer Wärmeversorgungssysteme dort 3 Millionen Gcal/Jahr.

Experten zufolge ist angesichts der unzähligen Reserven dieser Energieart die Frage der rationellen, kostengünstigen und umweltfreundlichen Nutzung geothermischer Ressourcen nicht gelöst, was die Etablierung ihrer industriellen Entwicklung verhindert. Beispielsweise wird gefördertes geothermisches Wasser auf barbarische Weise genutzt: Unbehandeltes Abwasser, das eine Reihe gefährlicher Stoffe (Quecksilber, Arsen, Phenole, Schwefel usw.) enthält, wird in umliegende Gewässer eingeleitet und verursacht irreparablen Schaden für die Natur. Darüber hinaus fallen aufgrund der hohen Mineralisierung des Erdwärmewassers schnell alle Rohrleitungen geothermischer Heizsysteme aus. Daher ist eine radikale Überarbeitung der Technologie zur Nutzung der Geothermie erforderlich.

Das führende Unternehmen für die Produktion von Geothermiekraftwerken in Russland ist heute das Kaluga Turbine Plant und JSC Nauka, die modulare Geothermiekraftwerke mit einer Leistung von 0,5 bis 25 MW entwickelt haben und produzieren. Ein Programm zur Schaffung einer geothermischen Energieversorgung für Kamtschatka wurde entwickelt und mit der Umsetzung begonnen, wodurch jährlich etwa 900.000 eingespart werden. HIER. Im Kuban werden zehn geothermische Wasservorkommen ausgebeutet. Für 1999-2000 Die Produktion von Wärmekraftwerkswasser in der Region betrug etwa 9 Millionen m3, was eine Einsparung von bis zu 65.000 TEU ermöglichte. Das im Turbinenwerk Kaluga gegründete Unternehmen Turbocon hat eine äußerst vielversprechende Technologie entwickelt, die es ermöglicht, Strom aus heißem Wasser zu gewinnen, das unter Druck verdampft und eine Turbine dreht, die anstelle der üblichen Schaufeln mit speziellen Trichtern – den sogenannten – ausgestattet ist Lavaldüsen. Der Nutzen solcher Anlagen, sogenannte Wasserdampfturbinen, ist mindestens doppelt so hoch. Erstens ermöglichen sie eine umfassendere Nutzung der Erdwärme. Typischerweise werden zur Energieerzeugung nur geothermischer Dampf oder in geothermischem Wasser gelöste brennbare Gase genutzt, wohingegen bei einer Wasserdampfturbine auch heißes Wasser direkt zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der neuen Turbine ist die Stromerzeugung in städtischen Wärmenetzen aus dem Rücklaufwasser von Wärmeverbrauchern. Jetzt wird die Wärme dieses Wassers verschwendet, während Kesselhäuser dadurch mit einer unabhängigen Stromquelle versorgt werden könnten.

Die Wärme aus dem Erdinneren kann nicht nur Geysire in die Luft schießen, sondern auch Häuser erwärmen und Strom erzeugen. Kamtschatka, Tschukotka, die Kurilen, das Primorje-Territorium, Westsibirien, der Nordkaukasus, die Gebiete Krasnodar und Stawropol sowie die Region Kaliningrad verfügen über große geothermische Ressourcen. Hochwertige thermische Wärme (Dampf-Wasser-Gemisch über 100 Grad Celsius) ermöglicht die direkte Stromerzeugung.

Typischerweise wird das thermische Dampf-Wasser-Gemisch aus Brunnen gefördert, die bis zu einer Tiefe von 2–5 km gebohrt werden. Jede Bohrung ist in der Lage, eine elektrische Leistung von 4–8 MW aus einer geothermischen Feldfläche von etwa 1 km 2 bereitzustellen. Gleichzeitig ist es aus Umweltschutzgründen erforderlich, über Brunnen zu verfügen, um geothermisches Abwasser in den Stausee zu pumpen.

Derzeit sind in Kamtschatka drei Geothermiekraftwerke in Betrieb: Pauzhetskaya GeoPP, Verkhne-Mutnovskaya GeoPP und Mutnovskaya GeoPP. Die Gesamtkapazität dieser Geothermiekraftwerke beträgt mehr als 70 MW. Dadurch ist es möglich, 25 % des Strombedarfs der Region zu decken und die Abhängigkeit von der Versorgung mit teurem importiertem Heizöl zu verringern.

In der Region Sachalin auf der Insel. Kunashir nahm die erste Einheit mit einer Leistung von 1,8 MW des Geothermiekraftwerks Mendeleevskaya und die Geothermiestation GTS-700 mit einer Leistung von 17 Gcal/h in Betrieb. Der Großteil der minderwertigen geothermischen Energie wird in Form von Wärme im Wohnungsbau, bei kommunalen Dienstleistungen und in der Landwirtschaft genutzt. So beträgt im Kaukasus die Gesamtfläche der durch geothermisches Wasser beheizten Gewächshäuser über 70 Hektar. In Moskau wurde ein experimentelles mehrstöckiges Gebäude gebaut und erfolgreich in Betrieb genommen, in dem Warmwasser für den häuslichen Bedarf mit minderwertiger Erdwärme erhitzt wird.

Abschließend sind auch Kleinwasserkraftwerke zu nennen. Hinsichtlich der konstruktiven Entwicklungen ist die Situation bei ihnen relativ gut: Ausrüstungen für kleine Wasserkraftwerke werden in vielen Unternehmen der Energietechnikindustrie produziert oder sind serienreif, mit hydraulischen Turbinen unterschiedlicher Bauart – Axial-, Radial-Axial-, Propellerturbinen , diagonal, Eimer. Gleichzeitig liegen die Kosten für die in inländischen Unternehmen hergestellten Geräte weiterhin deutlich unter dem Weltmarktpreisniveau. In Kuban wird am Fluss derzeit der Bau von zwei kleinen Wasserkraftwerken (WKW) durchgeführt. Beshenka im Bereich des Dorfes Krasnaja Poljana in Sotschi und die Entlastung des Zirkulationssystems der technischen Wasserversorgung des Wärmekraftwerks Krasnodar. Am Abfluss des Krasnodar-Reservoirs ist der Bau eines Kleinwasserkraftwerks mit einer Leistung von 50 MW geplant. Die Arbeiten zur Wiederherstellung des Systems kleiner Wasserkraftwerke in der Region Leningrad haben begonnen. In den 1970ern dort stellten im Zuge einer Kampagne zur Konsolidierung der Stromversorgung der Region mehr als 40 solcher Kraftwerke ihren Betrieb ein. Die Folgen der kurzsichtigen Gigantomanie müssen nun korrigiert werden, da der Bedarf an kleinen Energiequellen offensichtlich geworden ist.

Abschluss

Es ist anzumerken, dass es in Russland noch keine Gesetze gibt, die alternative Energien regulieren und ihre Entwicklung fördern würden. Ebenso wenig gibt es eine Struktur, die die Interessen alternativer Energien schützen würde. Beispielsweise ist das Ministerium für Atomenergie gesondert an der Kernenergie beteiligt. Geplant ist ein Bericht an die Regierung zur Begründung der Notwendigkeit und Weiterentwicklung des Konzepts des Entwurfs des Bundesgesetzes „Über den Ausbau erneuerbarer Energiequellen“. Für die Erstellung dieses Berichts sind vier Ministerien verantwortlich: das Energieministerium, das Ministerium für wirtschaftliche Entwicklung, das Ministerium für Industrie und Wissenschaft und das Justizministerium. Es ist nicht bekannt, wann sie zustimmen werden.

Damit sich die Branche schnell und umfassend entwickeln kann, muss das Gesetz steuerliche Anreize für Unternehmen vorsehen, die Geräte zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen herstellen (z. B. Senkung des Mehrwertsteuersatzes auf mindestens 10 %). Auch Fragen der Zertifizierung und Lizenzierung sind wichtig (vor allem in Bezug auf die Ausrüstung), da der Vorrang erneuerbarer Energien auch Qualitätsanforderungen erfüllen muss.

Die Entwicklung alternativer Methoden der Energieerzeugung wird durch Produzenten und Bergleute traditioneller Energiequellen behindert: Sie haben starke Machtpositionen und haben die Möglichkeit, ihre Interessen zu verteidigen. Alternative Energie ist im Vergleich zu herkömmlicher Energie immer noch recht teuer, da fast alle produzierenden Unternehmen Anlagen in Pilotserien in sehr kleinen Mengen produzieren und dementsprechend sehr teuer sind. Die Organisation der Massenproduktion und die Zertifizierung von Anlagen erfordern erhebliche Investitionen, die völlig fehlen. Staatliche Unterstützung könnte helfen, die Kosten zu senken. Dies widerspricht jedoch den Interessen derjenigen, deren Geschäft auf der Produktion traditioneller Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe basiert. Niemand braucht zusätzliche Konkurrenz.

Daher wird der primären Nutzung erneuerbarer Energiequellen und der Entwicklung alternativer Energien vor allem in den Regionen der Vorzug gegeben, in denen dies die naheliegendste Lösung bestehender Energieprobleme darstellt. Russland verfügt über erhebliche Windenergieressourcen, auch in den Regionen, in denen es keine zentrale Stromversorgung gibt – die Küste des Arktischen Ozeans, Jakutien, Kamtschatka, Tschukotka, Sachalin, aber selbst in diesen Gebieten gibt es fast keinen Versuch, Energieprobleme zu lösen Weg.

Die Weiterentwicklung alternativer Energien wird in der „Russischen Energiestrategie für den Zeitraum bis 2020“ diskutiert. Die Zahlen, die unsere alternative Energiebranche erreichen muss, sind sehr gering, die Aufgaben minimal, sodass wir keinen Wendepunkt im russischen Energiesektor erwarten können. Bis 2020 soll durch alternative Energien weniger als 1 % aller Kraftstoffressourcen eingespart werden. Russland wählt die Atomindustrie als Priorität in seiner „Energiestrategie“ als „den wichtigsten Teil des Energiesektors des Landes“.

In jüngster Zeit wurden einige Schritte zur Entwicklung alternativer erneuerbarer Energien unternommen. Das Energieministerium hat Verhandlungen mit den Franzosen über die Aussichten für eine Zusammenarbeit im Bereich alternativer Energien aufgenommen. Generell lässt sich festhalten, dass der Zustand und die Aussichten für die Entwicklung alternativer Energien in den nächsten 10-15 Jahren insgesamt beklagenswert erscheinen.

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