То чому ж майбутнє за альтернативними джерелами? По-перше, вони відновлювані, тому не існує загрози скінченності цих ресурсів. По-друге, відносно безпечні. Альтернативна енергетика часто називається «зеленою», оскільки розробники намагаються використовувати технології, які дозволяють скоротити шкідливий вплив енергетичної промисловості на довкілля, а отже, на здоров’я людини. І, нарешті, альтернативні джерела енергії доступні, бо це енергія Сонця, вітру, потоку води, біомаси, Землі, хвиль тощо. Одним словом, усього, що нас оточувало завжди. Справа за малим – навчитися використовувати цю енергію, аби її вистачало для сучасних масштабів споживання.

До речі, уже сьогодні 40% енергетичних потреб України можуть забезпечити відновлювані джерела – так вважають науковці.

Енергію Сонця ми використовуємо вже давно – щодня протягом мільйонів років.
Енергії, яка випромінюється Сонцем на Землю протягом однієї хвилини, вистачить для того, щоб забезпечити енергетичні потреби людства протягом цілого року. І якщо б ми могли «спіймати» хоча б соту частку цієї енергії, нам би не довелося шукати інших джерел.

Для отримання електроенергії із сонячної енергії використовуються фотовольтні системи (сонячні панелі). Вони складаються із сонячних модулів, про які відомо ще з 1950 років. І сьогодні кожен може побачити їх на калькуляторах. Сонячні модулі створюються з двох шарів напівпровідникових матеріалів. Вони поглинають сонячну енергію і перетворюють її на електоенергію. Електроенергія накопичується акумуляторами.

Якщо розмістити сонячні панелі на даху будинку (потрібно уникати тіні), ми забезпечимо себе постійним джерелом відновлюваної енергії і зможемо отримувати електроенергію навіть у хмарні дні.

Також енергію Сонця вже активно використовують для отримання тепла та обігріву житла за допомогою сонячних колекторів.

До речі, за даними досліджень Інституту відновлюваної енергетики НАНУ, середньорічна кількість сумарної сонячної радіації, що поступає на 1 м2 поверхні, на території України знаходиться в межах від 1070 кВт*год/кв.м у північній частині України до 1400 кВт*год/м2 і вище в АР Крим, а це означає, що потенціал сонячної енергії в Україні є достатньо високим для широкого впровадження (За Атласом енергетичного потенціалу).

Іще недавно на території України не було великих сонячних електростанцій, але сьогодні сумарна потужність працюючих сонячних панелей становить 67,55 МВт. У лютому 2011 року на повну потужність (7,5 МВт) запрацював найбільший сонячний парк в Україні. Він побудований на площі в 15 га і складається із 32600 модулів. Розміщений парк поблизу с. Родникове (в трьох кілометрах від Сімферополя), де потреба в сталому джерелі електроенергії досить нагальна.

Також у Криму будується одна з найбільших сонячних електростанцій у світі «Охотниково» потужністю 80 МВт, при її спорудженні використано 347800 модулів. Ця електростанція забезпечуватиме електроенергією приблизно 20 тис. господарств.

МІНУСИ

• Робота сонячних панелей можлива лише в світловий день, тоді як основне енергоспоживання припадає на вечірні години. Окрім того, у хмарний день кількість виробленої електроенергії буде знижуватися.
• Технологія дорога (вдвічі дорожча за виробництво електроенергії на ТЕС).
• При виробництві сонячних модулів доводиться використовувати отруйні речовини, такі як свинець, кадмій, миш’як. І хоча кількість незначна, необхідно попереджати потрапляння цих речовин в довкілля.

Енергія вітру – це кінетична енергія переміщення повітряних мас із областей високого тиску в області низького тиску. Вітер існує тому, що Сонце прогріває Землю нерівномірно. Щойно підвищується температура в одних областях, холодніше повітря переміщується в той бік, аби вирівняти температуру на поверхні планети. Тому допоки Сонце світить, вітер буде здійматися, а люди зможуть використовувати його енергію у власних цілях.

Насправді енергія вітру використовується людьми із давніх-давен – згадайте вітрила чи вітряки – а сьогодні вона також розглядається як дешевий та екологічно чистий спосіб отримання електроенергії. Саме тому останні двадцять років поширюється розвиток вітрової енергетики. Для отримання електроенергії з кінетичної енергії повітряних мас використовуються вітрові турбіни (не плутати з млинами, які використовуються для молу зерна або накачування води). Вони можуть сягати висоти 20-поверхової будівлі, а на кінці конусоподібної споруди знаходяться три лопаті (довжиною до 60 метрів). Вітер обертає лопаті, які обертають вал, що приєднаний до генератора, який і виробляє електроенергію.

Зручно те, що можна встановити окрему вітрову турбіну, яка вироблятиме енергію для одного приватного будинку, або цілу вітрову станцію (їх іще називають фермами), яка обслуговуватиме мікрорайон.

До речі, попередниця сучасних вітроелектростанцій з горизонтальною віссю і потужністю 100 кВт булла споруджена 1931 року в Криму. Її вежа сягала 30 м у висоту. До 1941 року одинична потужність вітроелектростанцій досягала вже 1,25 МВт.

Якщо сьогодні використовувати вітровий потенціал України повністю, то можна забезпечити 20–30% усіх енергетичних потреб держави. Найперспективнішими з точки зору розвитку вітрової енергетики є причорноморська, приазовська і карпатьска території. Загальна потужність українських вітрових ферм, що працюють сьогодні, складає приблизно 100 МВт.

Так, наприклад, з 1997 року працює Новоазовська вітрова електростанція на узбережжі Азовського моря (Донецька область). Донедавна її потужність була 21,8МВт. І вже влітку 2011 року на території відбувся офіційний запуск нових 10 вітротурбін потужністю 32,5МВт. Планується побудова ще 33 вітрових генераторів.

МІНУСИ

• У різні пори року чи за різної погоди вітер може бути слабшим або сильнішим, а це впливає на ефективність роботи турбіни.
• Вітрова турбіна не дешева, тому вигідно її встановлювати лише там, де вона працюватиме постійно – на відкритих вітряних ділянках.
• Турбіни спричиняють певне естетичне та шумове забруднення.
• Часом вирубують ліси, щоб прибрати перешкоду для руху вітру.
• Птахи та кажани, що підлітають до лопатей, можуть загинути.

Енергія потоку води – це енергія руху води внаслідок дії гравітаційної сили. Це те відновлюване джерело енергії, яке сьогодні використовується найчастіше, – на гідроелектростанціях. Однак до альтернативних джерел належить тільки так звана мала гідроенергетика. Різниця в тому, що не потрібно будувати дамби для того, щоб посилювати потік води, тому вплив на довкілля і розвиток популяцій риби незначний.

При цьому використовується система мікро-гідротурбін. Турбіни (діаметром від 10 см) складаються із ложковидних чаш, розміщених навколо центрального колеса. Потік води обертає колесо, яке обертає вал і виробляється електроенергія. Сильний потік води, який потрібний для роботи мікро-гідротурбіни досягається тим, що над турбіною встановлюється труба, крізь яку протікає вода. Чим більше довжина такої труби, тим сильнішим буде потік на виході.

Найчастіше сьогодні малі ГЕС будуються для того, щоб забезпечувати енергією промислові об’єкти, наприклад алюмінієві заводи. Однак існують приклади використання таких ГЕС для забезпечення електроенергією невеликих міст. Найбільш ефективно використовують малі ГЕС у віддалених місцях, куди важко прокладати лінії електропередач, а люди, які проживають недалеко від малих річок, можуть використовувати недороге і екологічно безпечне джерело енергії.

Потенціал малої гідроенергетики в Україні складає 1250 МВт, із яких використовується лише 92–137МВт. Багато проектів малої гідроенергетики – це реконструкція та реновація малих ГЕС, які були розповсюджені до 60-тих років в Україні. Сьогодні працює 82 малі ГЕС переважно в центральній та західній частиних України.

МІНУСИ

• Побудова малих гідроелектростанцій можлива лише в місцях, де протікають ріки

Геотермальна енергія – теплова енергія, зосереджена в надрах Землі. Це термальна енергія, яка зберігається в камінні та рідинах, що знаходяться під земною корою. Знайти цю енергію можна як неглибоко, так і в кількох километрах від поверхні планети.

На планеті є чимало місць, де геотермальна енергія просто б’є ключем з-під землі – в Ісландії 60% населення використовує геотермальне тепло з понад 700 свердловин для обігріву приміщень. Широко геотермальна енергія використовується також у Росії, Грузії і США.

У давнину доступне тепло з геотермальних джерел використовували, щоб зігрітися або приготувати їжу. Сьогодні люди розвивають технології, які дозволяють переробляти геотермальну енергію на електричну чи теплову. При цьому з’явилася можливість не обмежуватися кордонами тектонічних платформ.

Наприклад, для обігріву будинку взимку або для відведення тепла у порівняно холодну землю влітку необхідно лише встановити теплові насоси на глибині 3 метри. Для отримання геотермальної електроенергії у промислових масштабах викопують свердловини глибиною до 1,6 кілометрів. На цій глибині підземні води нагріваються, а пара чи дуже гаряча вода примушують турбіни, які приєднані до електрогенераторів, працювати.

Геотермальна енергія, на відміну від інших видів альтернативної енергії, величина постійна та доступна для використання 365 днів у році. При цьому не спалюється викопне паливо, а викиди двоокису вуглецю незначні або відсутні на геотермальних електростанціях (ГеоТЕС). Окрім того ГеоТЕС – це можливість заощадити, оскільки витрачається на 80% менше коштів, ніж при експлуатації традиційних ТЕС.

Використовувати тепло Землі в Україні можна переважно для теплозабезпечення. Сьогодні експлуатуються ГеоТЕС загальною потужністю 10,9 МВт. При використанні розвіданих сьогодні свердловин можна буде використовувати теплові установки для отримання приблизно 200 МВт теплової енергії. Найперспективніше використовувати геотермальну енергію у Карпатському регіоні (на глибині 4 км вода температурою 210⁰С), в Криму (на глибині приблизно 2 км температура може сягати від 50 до 70⁰С), а також у Дніпровсько-Донецькій западині (на глибині 3–4,5 км знаходять джерела, в яких температура води сягає168⁰С).

МІНУСИ

• З-під землі вивільняється сірководень – газ із запахом протухлих яєць.
• Існує проблема зберігання геотермальних рідин, до складу яких входять токсичні матеріали. Також такі води мають дуже високу
• Місця підвищеної геотермальної активності можуть охолодитися з часом, тому експлуатація ГеоТЕС стає фінансово невигідною.

Енергія водню (Н+) – найпростішого елемента в таблиці Менделєєва. Атом водню складається з одного протона та одного електрона. Це газ без запаху і без кольору, який складає 75% маси усього Всесвіту. І хоча він – один із найпоширеніших і найдоступніших, водень не існує в чистому вигляді, а входить до складу інших сполук, наприклад води (Н20), метану (СН4) тощо.

Виявилося, що водень – це потужний енергетичний ресурс. Енергія, прихована в ньому, втричі перевищує потенціал природного газу. Для перетворення цієї енергії на електроенергію використовують паливні елементи, в яких водень сполучається з киснем і в результаті хімічної реакції ми отримуємо електроенергію й тепло. Субпродуктом цього процесу є вода, тобто негативні наслідки для довкілля відсутні.

Водень можна порівняти зі звичайною батарейкою, коли хімічна енергія перетворюється на електричну. Але, на відміну від батарейки, водень не втрачає свій заряд. Саме тому водень можна використовувати для зберігання енергії, отриманої із альтернативних джерел, таких як сонце і вітер.

Вчені розраховують вже у найближчому майбутньому використовувати водень для потреб звичайних споживачів.

МІНУСИ

• На сьогоднішні день досить дорого і добувати чистий водень, і будувати паливні елементи, що працюють на ньому.
• У рідкому вигляді чистий водень важко зберігати, оскільки необхідно забезпечити високий тиск.
• Водень – легкозаймистий, тому існує проблема його широкого використання сьогодні. Металеві труби будуть кришитися після вступання в хімічну реакцію із воднем, тому для налагодження його транспортування необхідно змінити інфраструктуру.

Енергія біомаси – це трансформована природою енергія Сонця. У процесі фотосинтезу рослини і дерева поглинають сонячну енергії та перетворюють вуглекислий газ на карбогідрати (цукор, крохмаль і целюлозу), які і є біомасою.

Найбільш розповсюдженим вже тисячі років залишається добре відомий всім спосіб використання біомаси – спалювання сировини. Сьогодні від біомаси можна вже не лише зігрітися, але й отримати електроенергію, біопаливо чи органічні добрива. Зокрема електростанції, які працюють на вугіллі, можна переобладнати для використання біомаси.

Види біомаси, які найчастіше використовуються сьогодні – це несільськогосподарські рослини (так званий енергетичний врожай, але не їжа, оскільки ці рослини висаджені на сільськогосподарських полях у період відновлення), залишки сільськогосподарських культур (солома, гичка, полова, стебла кукурудзи тощо), деревина, отримана стійким способом (наприклад, в результаті необхідних розчисток), відмерлі рослини, а також чисті побутові та промислові органічні відходи (усе те, що потрапляє в смітничку з написом «органічні відходи»).

Підігрівання біомаси під тиском дозволяє виробляти біогаз, який після видалення вуглекислого газу можна використовувати в звичайних газових турбінах. , які працюють на природному газі.

А от при анаеробному бродінні мікроорганізми переробляють біомасу, в процесі чого виділяються метан і вуглекислий газ. Якщо цей процес проходить неконтрольовано на сміттєзвалищі, то гази може вибухати, або потрапляти в атмосферу і посилювати парниковий ефект. Але якщо процес підконтрольний, то зібраний газ можна використовувати замість природного – і ресурси природні зекономимо, і атмосферу не будемо забруднювати.

А іще з біомаси можна виготовляти біопальне – біоетанол (етиловий спирт) чи біодизель (олія). До речі, перший двигун внутрішнього згоряння працював саме на етиловому спирті, а перший дизель – на арахісовому маслі. Так що це, як кажуть, – добре забуте старе.

В Україні ми використовуємо менше аніж півпроцента енергії біомаси, хоча потенціал використання цієї енергії більш ніж у 10 разів вищий. Існуючі бойлерні, які працюють на викопному паливі, можна буде переобладнати для використання енергії біомаси. А враховуючи сільськогосподарську діяльність України, ми також можемо використовувати наш енергетичний урожай для виробництва біопального, попит на який зростає в світі.

МІНУСИ

• Біомаса менш енергоємна за вугілля чи газ.
• Незважаючи на всі системи захисту, при спалюванні біомаси у повітря потрапляє СО2.
• Під час спалювання побутових відходів у повітря потрапляє чимало токсичних речовин, що осідають в наших легенях.
• В останні десятиліття постала важлива етична проблема: чи можна виробляти біопаливо з сировини, яка виросла на орних землях. Адже відомо, що більша половина людства не доїдає, бо не має достатньо орних земель.

До речі, після всього прочитаного ви повинні спитати: якщо при спалюванні біомаси утворюється двоокис вуглецю, то яка від неї користь і чому вона вважається альтернативним та «зеленим» джерелом енергії? Все досить просто: при спалюванні біомаси в атмосферу виділяється кількість двоокису вуглецю, яку здатні переробити зелені рослини, які, в свою чергу, знову стають джерелом енергії. Тобто, здійснюється кругообіг вуглецю за короткий термін. А от вуглець, вивільнений при спалюванні вугілля, в шахти зможе повернутися за мільйони років (саме стільки часу потрібно на утворення вугілля з рослин).

Енергія хвиль – це енергія руху води, який виникає під дією вітру. Над поверхнею води вітер дме майже постійно, і, отже, постійно створюються хвилі. Вони зберігають величезну енергію, яку ми можемо «ловити» безпосередньо на поверхні хвилі або з тиску коливань під її поверхнею.

В основі роботи хвильових енергетичних станцій лежить вплив хвиль на спеціальні поплавки, маятники, лопаті тощо. Механічна енергія руху хвиль за допомогою електрогенераторів перетворюється на електричну. На даний момент енергію хвиль використовують для енергозабезпечення автономних маяків або наукових приладів, окрім того, більші хвильові станції можуть використовуватися для захисту від хвиль морських бурових платформ або марикультурних господарств.

МІНУСИ

• На різних ділянках запас хвильової енергії коливається, а отже, цю енергію не завжди можна використовувати ефективно.
• Виробництво такої електроенергії на сьогодні в 2–3 рази дорожче за виробництво електроенергії з традиційних джерел.

Енергія припливів та відпливів – результат руху води в океані чи морі. Двічі на добу рівень океану то піднімається, то знижується. Це відбувається, бо гравітаційні сили Місяця й Сонця притягують до себе маси води. Процес повторюється в один і той самий час.

Щоб використати енергію припливів, у затоках чи гирлах річок будуються дамби, в корпусах яких встановлені гідроагрегати. За дамбою створюється припливний басейн, який наповнюється течією, що проходить через турбіни. Під час відпливів потік води повертається назад у море.

На сьогодні використання енергії припливів та відпливів розвинене мало. Існує лише дві промислові електростанції (Франція та Канада) та одна експериментальна електростанція в Росії.

МІНУСИ

• Технологія дорога і розвинена мало.
• Потенційно використовувати енергію припливів та відпливів можна буде лише в деяких країнах.