Альтернативные источники энергии¶

Альтернативные источники энергии — совокупность способов получения энергии, основанных на использовании возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов, которые рассматриваются как замена традиционным видам топлива (нефти, природному газу, углю) и атомной энергии. Ключевыми признаками таких источников являются их способность к естественному восстановлению в короткие сроки и, как правило, относительно низкое воздействие на окружающую среду. К ним относятся энергия солнца, ветра, воды, геотермальная энергия, энергия приливов и биомасса.

¶История развития

Интерес к возобновляемой энергетике возник задолго до современного энергетического кризиса. Ветряные мельницы и водяные колёса использовались человечеством на протяжении тысячелетий для механической работы. Однако современный этап развития альтернативной энергетики начался в середине XX века. В 1954 году в США был создан первый кремниевый фотоэлемент, а в 1958 году солнечные батареи впервые были установлены на советский спутник «Спутник-3». Первая промышленная ветряная электростанция была построена в Дании в 1978 году.

Значительный толчок развитию отрасли дали нефтяные кризисы 1970-х годов, которые продемонстрировали зависимость мировой экономики от ископаемого топлива. В 1997 году был подписан Киотский протокол, обязывающий развитые страны сокращать выбросы парниковых газов, что стимулировало инвестиции в «зелёную» энергетику. В России первые ветроэнергетические установки появились в 1930-х годах, но широкого распространения не получили. Начало XXI века ознаменовалось резким падением стоимости оборудования для ВИЭ (возобновляемых источников энергии), что сделало их экономически конкурентоспособными.

¶Основные виды

¶Солнечная энергетика

Солнечная энергетика основана на преобразовании электромагнитного излучения Солнца в электрическую энергию. Существует два основных способа: фотоэлектрический (с использованием солнечных панелей) и термодинамический (с концентрацией солнечного тепла для нагрева теплоносителя). Фотоэлектрические станции (СЭС) могут быть как промышленными, так и бытовыми. Крупнейшие СЭС мира расположены в Китае, Индии и ОАЭ. В России солнечная генерация наиболее развита в южных регионах, таких как Оренбургская область, Крым и республики Северного Кавказа. Недостатком является зависимость от погоды и времени суток, что требует создания систем накопления энергии.

¶Ветроэнергетика

Ветроэнергетика использует кинетическую энергию воздушных масс. Современные ветрогенераторы (ветроустановки) представляют собой башни высотой до 150 метров с лопастями длиной до 80 метров. Электростанции, состоящие из десятков таких установок, называются ветропарками. Лидерами по установленной мощности являются Китай, США и Германия. В России наиболее перспективными считаются прибрежные зоны морей и степи юга страны, однако доля ветрогенерации пока незначительна. К недостаткам относят шумовое загрязнение, опасность для птиц и нестабильность генерации.

¶Гидроэнергетика

Гидроэнергетика является наиболее зрелой и распространённой технологией среди ВИЭ. Она использует энергию падающей воды (реки, приливы, волны). Традиционные гидроэлектростанции (ГЭС) строятся на реках с помощью плотин. Крупнейшая в мире ГЭС «Три ущелья» находится в Китае. В России гидроэнергетика обеспечивает около 17–18 % выработки электроэнергии, основные мощности сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке (Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская ГЭС). Приливные электростанции (ПЭС) используют энергию приливов и отливов, примером служит Кислогубская ПЭС в Мурманской области. Волновая энергетика пока находится на стадии экспериментальных проектов.

¶Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика основана на использовании тепла земных недр. Источниками служат горячие источники, гейзеры и вулканическая активность. На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) пар или горячая вода из скважин приводят в движение турбины. Лидерами являются США, Филиппины, Индонезия и Исландия, где геотермальное тепло обеспечивает значительную часть отопления. В России геотермальные станции работают на Камчатке и Курильских островах (Мутновская, Паужетская ГеоТЭС). Ограничением служит географическая привязка к тектонически активным зонам.

¶Энергия биомассы

Энергия биомассы включает сжигание древесины, сельскохозяйственных отходов, а также производство биогаза и биотоплива (этанол, биодизель). Биогаз получают путём анаэробного сбраживания органических отходов на специальных станциях. Твердые бытовые отходы также могут использоваться для генерации энергии на мусоросжигательных заводах. В России активно развивается производство пеллет (топливных гранул) из древесины для экспорта в Европу. Критики отмечают, что при сжигании биомассы выделяется углекислый газ, однако он считается углеродно-нейтральным, так как растения поглощают его при росте.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества альтернативной энергетики включают неисчерпаемость ресурсов, снижение выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ, децентрализацию энергоснабжения (возможность обеспечения удалённых районов) и снижение зависимости от импорта топлива. Для России развитие ВИЭ актуально для регионов с неразвитой энергосетевой инфраструктурой, например, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Основные недостатки связаны с нестабильностью генерации (зависимость от погоды), высокой начальной стоимостью оборудования, необходимостью строительства систем хранения энергии и значительными площадями, занимаемыми солнечными и ветровыми станциями. Кроме того, производство солнечных панелей и аккумуляторов само по себе является энергоёмким и экологически небезупречным процессом.

¶Развитие в России

В России государственная политика в области ВИЭ регулируется постановлением Правительства РФ о поддержке возобновляемой энергетики на оптовом рынке электроэнергии. Действуют механизмы возврата инвестиций через повышенные тарифы (ДПМ ВИЭ). По данным на начало 2020-х годов, суммарная установленная мощность солнечных и ветровых электростанций в стране превысила 5 ГВт, что составляет около 2 % от общей выработки. Наиболее активно проекты реализуются в Ростовской, Астраханской, Ульяновской областях, Ставропольском крае и Крыму. Крупнейшими инвесторами выступают компании «Хевел», «Фортум», «Энел Россия» (Enel Russia). Доля гидроэнергетики, которая также относится к ВИЭ, в структуре выработки достигает 17–18 %.

¶Перспективы

Мировые прогнозы указывают на дальнейший рост доли альтернативной энергетики в глобальном энергобалансе. Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что к 2050 году ВИЭ могут обеспечить до 60–70 % мировой выработки электроэнергии. Ключевыми направлениями развития являются совершенствование систем накопления энергии (литий-ионные аккумуляторы, водородные технологии), повышение коэффициента полезного действия солнечных панелей и создание «умных» сетей.