Наверное, практически каждый человек на Земле хоть раз вступал в обсуждение альтернативной энергии будущего, задаваясь вопросом, есть ли в этом смысл, и стоит ли оно того. Вести полемику на данную тематику можно бесконечно долго. Сейчас разработки проектов альтернативной энергии будущего набирают все больше оборотов. Человечество стремится к более комфортной и безопасной жизни. И ее обеспечение требует постоянных изменений, открытий и инноваций. Мы хотим жить в прогрессивном мире, при этом, нанося как можно меньший урон окружающей среде, сохраняя и грамотно используя всевозможные ресурсы.

Альтернативные источники энергии будущего – сказка или реальность?

Альтернативная и свободная энергия будущего — звучит ли это как атрибут фантастических произведений, или же это абсолютно реальная и достижимая цель ближайших лет? Человечество занимается исследованиями и разработками практически все время своего существования. Начиная от изобретения колеса, продолжая электричеством и подходя к использованию энергии атома, люди не перестают искать, создавать и воплощать в жизнь все новые и новые устройства, методы исследования и способы функционирования. Жить комфортно и легко – вот главная цель всех этих нововведений и инноваций.

Одним из таких направлений, способных значительно изменить жизнь человека, является развитие энергетики будущего. Многие источники уже используются достаточно активно, некоторые лишь входят во всеобщий обиход, другие находятся пока только на стадии разработок.

Что мы знаем об альтернативные источники энергии будущего?

• Гелиоэнергетика.

Солнечными батареями сейчас вряд ли кого-то можно поистине удивить. В нынешнее время данный ресурс используется достаточно активно, пусть и не повсеместно. Механизм работы такого оборудования достаточно прост, но его цена все же не позволяет использовать подобный вид автономного обеспечения энергией любому человеку.

Также климатические условия играют огромную роль в продуктивности солнечных батарей. Ведь в широтах, где больший период года холодный и пасмурный, подобное оснащение будет менее действенным, чем в жарких и солнечных краях.

• Ветровые электростанции.

Еще один достаточно популярный источник альтернативной энергии – это ветер. Подобные электростанции часто встречаются в сельских районах и зачастую расположены в районе полей, на равнинах. Выработок электричества осуществляется посредством преобразования механической энергии в электрическую. Это происходят благодаря специальным генераторам. Лопасти ветряков вращаются, получая энергию ветра, после чего она перерабатывается в используемое нами электричество.

К сожалению, стоимость данного оборудования не является общедоступной, а климатические условия также играют решающую роль.

• Энергия геотермальных источников.

Следующий вид энергетических ресурсов не столь широко известен, как два предыдущих. Тем не менее, он также имеет место быть. Пар из горячих источников – это еще один вариант обеспечения альтернативного автономного питания. Принцип работы оснащения для получения такой энергии заключается в том, что турбины приводятся в движение паром, после чего начинают функционировать электрогенераторы.

Этот метод не может быть широко распространенным, так как его работа обеспечивается только при наличии геотермальных источников.

В местности, где есть выход к морю или океану успешно используется энергия воды. Во время приливов и отливов механическая сила воды приводит в работу специальные турбины, установленные на станции. После чего она преображается в электроэнергию.

Подобные электростанции не так распространены. Не всегда они могут достаточно хорошо окупаться, и в некоторых случаях характеризуются невысокой эффективностью.

Может ли быть альтернативная энергия эффективной для частного дома?

Если рассматривать вышеперечисленные энергетические ресурсы, то они зачастую используются в промышленных масштабах для выработки большого количества энергии, способной обеспечить работу целого предприятия или небольшой населенный пункт. Но есть ли возможность подобрать альтернативные источники энергии для дома, чтобы удовлетворять потребности, к примеру, одного конкретного участка?

Ответ на этот вопрос – бесспорно да! Если грамотно рассчитать необходимое количество тепловой или электрической энергии, то можно найти способ обеспечения данной потребности посредством автономных источников.

Какие ресурсы могут использоваться в таком случае?

• Источниками электроэнергии могут быть фотомодули или же ветрогенераторы. Выбирая то или иное оборудование очень важно оценить климат в местности, где предполагается установка. Также расчёт необходимого количества оснащение для удовлетворения энергетических потребностей. А также, каким образом будет регулироваться работа самих устройств.
• Что касается обеспечения тепловой энергией здесь стоит обратить внимание на солнечные коллекторы или же котлы, работающие на твердом топливе. В данном случае, выбирая второй вариант, вам следует позаботиться о наличии топлива. Что же касается коллектора, то его продуктивность будет меняться с приходом того или иного времени года. В таком случае выработка тепла будет неоднородной в течение года.

Таким образом, мы видим, что альтернативные источники энергии для частного дома могут быть доступны и эффективны. Тем не менее, для этого нужно грамотно провести все предварительные исследования местности, оценку энергопотребления, анализ продуктивности того или иного ресурса и подбор наиболее подходящего по всем пунктам и параметрам оборудования. При этом, вложенные средства принесут пользу и окупятся только в случае правильного и целесообразного использование оснащения.

Какое будущее у альтернативной энергии, и есть ли оно?

Конечно же, высокая стоимость оборудования и привязанность к климатическим условиям немного замедляет более широкое внедрение возобновляемых энергоресурсов. Тем не менее, прогресс у данной сферы наблюдается, при чем, весьма стремительный даже с учетом определенных неудобств и затруднений на первых этапах.

Отвечая на вопрос, «Есть ли будущее у альтернативных источников энергии?», можно с уверенностью сказать, что оно существует. Важно заметить, что данная сфера включает в себя не только развитие новых ресурсов, но и оптимизацию уже имеющегося потенциала. Выработка энергии процесс во многом не простой и требует больших вложений и усилий. Поэтому помимо внедрения альтернативной энергии для дома или производства, уделяется огромное внимание реконструированию старой системы энерговыработки и снабжения.

Существуют разные мнения касательно развития энергетики в стране. Кто-то видит, что альтернативные ресурсы будут все более и более применимы в будущем, другие же придерживаются мнения, что проверенные и опробованные источники являются более надежными и выгодными. Здравая нотка есть в обеих позициях, так как плюсы и минусы, выгодные и невыгодные стороны встречаются в любой сфере. Поэтому, следует заметить, что наиболее грамотным решением будет совокупное и оптимизированное использование, как инновационных методов, так и проверенных временем и зарекомендовавших себя ресурсов.

Согласно их исследованию, уже к середине века уголь и нефть начнут терять свое значение в качестве источников энергии, ископаемое топливо заменится энергией солнца. Но для этого придется менять всю парадигму отношений внутри отрасли - и технологии, и психологию игроков.

Большая энерготройка

По мнению экспертов «Глобальной энергии» (в их число входят 20 ученых из различных стран мира, в том числе, например, и лауреат Нобелевской премии мира Родни Аллам), к 2100 году доля нефти и угля в мировом топливно-энергетическом балансе составит 2,1% и 0,9% соответственно, термоядерная энергетика займет десятую часть рынка, а более четверти всей мировой электроэнергии будет производиться благодаря солнцу. Причина таких изменений - постепенное снижение добычи углеводородов и переориентирование на строительство более чистых энергомощностей.

Изменится и влияние разных государств на рынке энергетики: так, к 2035 году крупнейшим производителем топливно-энергетических ресурсов будет США (24%), второе место займет Россия (21%) и Китай (16%). Однако через 50 лет, по оценкам экспертов, на первое место выйдет Россия (19%), Китай станет вторым (18%), а США «опустится» до третьего места (17%). К 2100 году, однако, диспозиция изменится вновь: на первое место вырвется уже Китай (20%), а Россия и США будут занимать вторую и третью строчки рейтинга (16% и 14% соответственно).

Эксперты назвали и факторы, которые, по их мнению, мешают топливно-энергетическому комплексу развиваться в «зеленом» направлении: более трети ученых, участвовавших в исследовании, отметили, что пока альтернативные источники энергии слишком дороги, а конкуренция со стороны углеводородной и ядерной энергетики высока. В то же время активно формируется образ «традиционной» энергетики как нежелательной и неэкологичной, кроме того, современная экономика требует более эффективного использования имеющихся ресурсов, развития переработки отходов и смежных технологий. В такой ситуации, по мнению экспертов, дополнительные стимулы к развитию получат такие направления, как биоэнергетика и разработка биотоплива, а также термоядерных реакторов.

Результаты исследования, представленные «Глобальной энергией» на Петербургском международном экономическом форуме, вызвали оживленную дискуссию о будущем энергетики в целом и энергетики России в частности. Тренды трендами, но стартовые позиции и структура экономики у разных стран (и разных регионов одной страны) все же отличаются, а значит, путь к тройке энергетических лидеров мира Россия, Китай и США будут проходить по-разному.

Угля станет меньше, но больше

Большинство экспертов считает, что одна из предпосылок к снижению доли углеводородов в мировом балансе, - это Парижские климатические соглашения, одной из главных тем которых было замораживание угольных проектов. Многие банки и финансовые институты заявили об отказе от инвестиций в угледобывающую сферу и энергетику. Планы масштабного строительства угольных электростанций остались только у четырех стран - Вьетнама, Индии, Индонезии и Китая, хотя есть и более мелкие игроки, не желающие отказываться от развития этого сектора экономики, в частности, Пакистан и Турция. Вместе с тем есть идеи и проекты по возрождению угольной составляющей с учетом новых, более щадящих технологий, а также идеи восстановления и развития добычи твердого топлива в арктических территориях.

Один из таких проектов, например, реализуется в арктической зоне Красноярского края: на полуострове Таймыр находится одно из самых больших в мире месторождений антрацитов, в 2015 году началась его разработка. Только на одном участке «Река Малая Лемберова» запасы высококачественного антрацита составляют порядка 600 миллионов тонн. К 2020 году УК «Восток-Уголь» планирует добывать здесь до 30 миллионов тонн в год и отправлять антрацит в страны Европы по Севморпути.

А вот на нефтяной сектор напрямую Парижские соглашения влияния, скорее всего, не окажут, считает президент Ассоциации по развитию международных исследований и проектов в области энергетики «Глобальная энергия» Игорь Лобовский.

Существенные изменения последуют с наступлением эры повсеместного развития автотранспорта на электро­энергии и иных источниках энергии, не имеющих отношение к углеводородам, эксперты прогнозируют такого рода процессы не ранее 2030 года, поэтому максимальное снижение доли углеводородов прогнозируется только к 2070 году, - рассуждает он. - Подобный сценарий экономически обоснован в случае снижения стоимости производства электро­энергии от возобновляемых источников - и это действительно должно происходить в ближайшие десятилетия. Например, лауреат премии «Глобальная энергия» 2017 года Михаэль Гретцель является изобретателем так называемых «ячеек Гретцеля» - солнечных батарей нового поколения, производство которых обходится дешевле в несколько раз по сравнению с производством кремниевых батарей. Подобные изобретения позволят возобновляемой энергетике развиваться повсеместно и, как следствие, значительно снизить ее стоимость.

Так что уточненный сценарий развития углеводородных отраслей следует читать так: доля углеводородов в энергетике будет снижаться, но потребление расти.

Мы забываем, что нефть на нынешний день все больше используется в нефтехимии, в производстве товаров народного потребления, - говорит министр энергетики России Александр Новак, - У нас 9 из 10 товаров на нынешний день содержат продукты нефтепереработки. И если сегодня 11 миллионов баррелей всего идет на нефтехимию, то по самым скромным прогнозам через лет пятнадцать на нефтехимию будет уже 17 миллионов баррелей идти, а может быть дальше еще больше, в более ускоренном режиме.

Подумайте об авиации, о морских перевозках, о нефтехимии, - вторит главный исполнительный директор Royal Dutch Shell Plc Бен ван Берден (Ben van Beurden). - Масса процессов требует высокой температуры и крайне высокой температуры для нагрева. И, конечно же, углеводороды займут свое место.

Когда подует ветер?

Потребителю нужна дешевая энергия - вот основной фактор, сдерживающий развитие альтернативной энергетики. Чтобы сделать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) привлекательными, нужна либо высокая цена на нефть, либо финансовая поддержка государства или институтов развития.

Когда цена на нефть достигает 100 долларов за баррель, это создает почву для развития новых технологий, включая ВИЭ, - говорит президент компании Total Патрик Пуянне.

Пока стоимость строительства ВИЭ в России достаточно высока, а коэффициент использования установленной мощности не так велик, как хотелось бы (и не только в России: по данным энергетического агентства США, средний КИУМ солнечных станций составляет порядка 26%). А значит, высока и стоимость киловатт-часа для потребителя. Опять же, строительство - это последний этап, необходимо развивать собственное производство солнечных панелей и других элементов. Но следует признать, что солнечная энергетика в России - это уже не стартап, а вполне сформировавшаяся отрасль. И ее развитие зависит от приоритетов государства.

Есть явление, сетевой паритет - точка, когда себестоимость кВт/час электроэнергии, выработанной в альтернативной энергетике, оказывается равной себестоимости кВт/час электро­энергии, выработанной в традиционной энергетике. Спор идет - когда это случится? - рассуждает председатель правления ООО «УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. - В ряде стран оно уже случилось, в России произойдет чуть позже, но оно неизбежно хотя бы потому, что потенциальный апгрейд ветра и солнца существенно больше, чем потенциальный апгрейд даже в парогазовых технологиях в тепловой генерации или гидрогенерации. Мы точно придем к моменту, когда альтернативная энергетика станет дешевле.

Эксперты прогнозируют, что это случится уже к 2050 году. По мнению Чубайса, сейчас в России создана абсолютно работоспособная система поддержки альтернативной энергетики, и препятствий для ее развития нет. Следующая задача, которую придется решить, - это найти способы промышленного хранения электроэнергии. И это задача не на отдаленную перспективу, а на ближайшие десять лет.

Однако не все эксперты разделяют оптимизм о перспективах ВИЭ - по крайней мере, они довольно сдержанно оценивают объем возобновляемых технологий, необходимых мировой энергетике.

Я думаю, что человечество будет поощрять использование возобновляемых источников энергии в неких формах государственных субсидий. В последнее время данный сегмент продемонстрировал значительное снижение стоимости и возможность более быстрого внедрения, - считает председатель комитета по присуждению премии «Глобальная энергия», нобелевский лауреат Родни Аллам. - Возобновляемые источники энергии будут представлены системами с низкой интенсивностью, требующими огромных площадей; для них будут строиться «солнечные фермы» в пустынях и морские ветровые электростанции. Данный сегмент энергетики должен составлять определенный процент от общего объема рынка. Я считаю, что 20 процентов - это разумный предел.

Будущее - за атомной энергетикой

По мнению авторов доклада, снижение доли углеводородов - это единственный возможный сценарий для успешного развития цивилизации, вопрос только в том, когда наступит этот переломный момент. Эксперты «Глобальной энергии» считают, что это может произойти уже после 2050 года. Сейчас доля «зеленой» энергетики в мире составляет не более 30%. При этом к «зеленой» энергетике эксперты относят атомные электростанции, которые вырабатывают порядка 11% мировой электроэнергии. Ведь АЭС характеризуются низкими выбросами углерода в атмосферу.

Мы на пороге четвертого промышленного уклада, на пороге очередной революции. Это время горизонтальных связей, цифровой информатики, искусственного интеллекта, время продажи и покупки жизненных циклов, а не конкретного объекта. Атомная энергетика как никто другой соответствует роли модератора этого процесса, - считает генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачев.

Одна из основных проблем атомной энергетики - не технологическая, а психологическая: Чернобыль, Фукусима, испытания ядерного оружия - в общем, есть повод для беспокойства и недоверия.

Важное условие для развития ядерной энергетики - это социальное принятие. Для того, чтобы ядерная энергетика возникла в какой-то стране, общество должно ее принимать, - говорит генеральный директор Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Юкия Амано.

Какие бы сценарии развития энергетики ни строились, одно в них неизменно: потребление электроэнергии в мире будет расти. Население Земли увеличивается, запросы человечества растут: за последние сто лет мы потребили энергии больше, чем за всю предыдущую историю от сотворения мира. При этом более миллиарда человек на планете до сих пор не имеют доступа к электричеству!

По прогнозам ученых, к 2050 году на Земле будет жить еще на 2,5 миллиарда больше людей, децентрализация энергетики и строительство малых мощностей даст доступ к этому ресурсу значительно большему количеству человек и повысить их качество жизни. А значит, потребность в электроэнергии снова будет расти. И здесь на помощь приходит атомная энергетика: высокопроизводительная, с низким уровнем выброса загрязняющих атмосферу веществ и не­ограниченными запасами топлива. При этом речь идет не только об ископаемом уране, но и об отработавшем ядерном топливе, находящемся на хранении: топливные сборки выработали свой ресурс не более, чем на четыре процента, и это огромный ресурс для вторичного использования. Не говоря уже о том, что переработка топлива из ОЯТ позволяет решить задачу необратимой утилизации оружейного плутония и замкнуть производственны цикл, срабатывая весь ресурс ядерного топлива.

Особый путь Сибири

По соглашению между США и Россией каждая из стран должна утилизировать по 34 тонны оружейного плутония, и начало этой работы было назначено на 2018 год. Но пока технологией выработки так называемого МОКС-топлива обладает только Россия: первый в мире завод по его производству находится в Железногорске (бывший Красноярск-26), на мощностях Горно-химического комбината, входящего в структуру «Росатома».

Важно стандартизировать требования к производственной безопасности в различных юрисдикциях и странах для создания безопасной атомной энергетики, - считает президент энергетической корпорации Fortum Corporation Пекка Лундмарк. - Я считаю, что атомная энергетика будет играть ключевую роль, но не как единственная технология, а в сочетании с солнечной энергетикой, гидроэнергетикой и экологичным биотоп­ливом. Однако для того, чтобы атомная энергетика оставалась конкурентоспособной и продолжала играть важную роль в будущем, ей тоже требуется модернизация.

При этом «законодателем мод» в атомной энергетике вполне может стать Сибирь. Эксперты склоняются к мысли, что именно эта отрасль энергетики будет в регионе ведущей.

Сибирский регион обладает всеми возможностями для развития атомной энергетики, обеспечивающими полный ядерный цикл от добычи и переработки уранового сырья и изготовления топливных сборок до утилизации облученного ядерного топлива, что может обеспечить и оптимизировать функционирование современных АЭС, - говорит Игорь Лобовский. - На долгую перспективу решить энергетические проблемы Сибирского региона можно за счет атомных энергоисточников, в частности, за счет строительства современных АЭС с реакторами типа ВВЭР-1300. Да, в соответствии с соглашением между Россией и США о прекращении производства оружейного плутония все ядерные реакторы Сибирской АЭС были остановлены в 2008 году, но в Северске сохранилась развитая инфраструктура и кадровый потенциал, а это существенно ускорит и удешевит строительство новой АЭС, которое на данный момент отложено до 2020 года.

Впрочем, КПД, КИУМ, себестоимость, доступность, технологичность - далеко не все требования, которые предъявляются энергетике будущего. И это тоже - вызов.

Хотелось бы, чтобы энергетика будущего была незаметной - в том смысле, что мы не должны видеть ее негативных последствий, она должна быть бе­зопасной, - считает президент РСПП, председатель Наблюдательного совета ассоциации «Глобальная энергия» Александр Шохин. - Экологическое негативное воздействие, в том числе в той же атомной и даже гидроэнергетике и тепловой энергетике должно быть минимальным, а безопасность - максимальной. Я считаю, что главный критерий - это не то, что, какая доля будет, например, у возобновляемых видов энергетики, а именно то, что все виды энергетики должны быть безопасными и эффективными.

Трудно поспорить.

За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.

В то время как большинство концепций не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?

Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».

С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.

Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.

Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.

Виды альтернативных источников энергии
Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:

Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.

Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.

Энергия, которая получается напрямую от Солнца; (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.

Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.

Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.

Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.

Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.

Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.

В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.

Развитие
В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.

Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.

Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.

Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.

По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.

Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.

Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.

Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году.

Идея использования альтернативных источников энергии прошла немалый путь развития, но серьезно о них, как о замене традиционным электростанциям, заговорили относительно недавно. Энергетика будущего – неоднозначное понятие. Эта область активно развивается в разных направлениях. Некоторые из них находятся на стадии лабораторных испытаний, некоторые уже применяются на практике.

Солнечная энергия

Среди всех энергии на гелиоэнергетику возлагаются немалые надежды. Первые работающие технологии появились в 70-х годах прошлого столетия. Сегодня солнечные электростанции уже используются на практике, хотя доля вырабатываемой ими энергии не велика. Основные преимущества гелиоэнергетики – использование возобновляемых ресурсов и простотой принцип работы. Недостаток – немалая стоимость оборудования и зависимость от климатических условий.

Хорошо подходит использование для энергообеспечения удаленных районов, где возникают затруднения с прокладкой кабелей, сельской местности. Небольшие можно использовать даже в качестве автономной электростанции для конкретно взятого дома.

Ветровая энергетика

Еще одно направление, способное стать альтернативой традиционной
энергетике. Впервые интерес к этому источнику энергии возник в 70-е годы прошлого век, в связи с нефтяным кризисом. Прошло десятилетие, и в сельских районах Европы, Индии, Китая заработали ветровые электрогенераторы.

Выработка электричества в таких электростанциях осуществляется за счет вращения лопастей, подключенных к генератору. Большая электростанция, оснащенная мощными турбинами, способна обеспечить основные нужды в энергоснабжении. Небольшие турбины и ветряки могут применяться в качестве автономных электрогенераторов. Недостатки ветровой энергетики те же, что и у солнечной – зависимость от климатических условий, высокая стоимость оборудования.

Справедливости ради стоит отметить, что над преодолением климатической зависимости альтернативных электростанций ведется весьма успешная работа. Уже разработаны электростанции, способные аккумулировать энергию даже в условиях плохой освещенности.

В основе лежит использование горячих источников. Пар источника направляется на турбину, которая своим движением приводит в силу электрогенераторы. Подобные станции уже работают в 24 странах мира. Первая из них была открыта в далеком 1904 году в городе Лардерелло в Италии. Так как источником энергии в таких станциях являются геотермальные источники, их можно использовать только в местах нахождения последних, что является немалым ограничением для того, чтобы рассматривать этот метод в качестве энергетики будущего.

Энергия океанов

Океанами покрыта значительная часть поверхности земного шара, и возможность использования этого огромного неисчерпаемого ресурса могла бы стать отличной альтернативой традиционной углеводородной энергетике. Принцип действия приливных электростанций заключается в следующем. Область прилива делится плотиной на две зоны. Во время прилива и отлива вода перемещается по этим зонам, вращая турбины.

При всех своих преимуществах приливная энергетика имеет ограничения на свое использование. Строительство электростанции в зоне прилива потребует значительных капиталовложений. Для того, чтобы немалые инвестиции смогли окупиться, станция должна вырабатывать большое количество энергии, а значит, расстояние между двумя бассейнами должно быть не менее пяти метров. Это ограничение сразу делает повсеместное строительство электростанций на побережье морей и океанов невозможным, так как по критерию экономической целесообразности строительства на земле насчитается всего лишь порядка 40 мест, где электростанция действительно будет эффективной.

Когда-то возможность использования водорода в качестве источника энергии считалась едва ли не панацеей для развития отрасли. Такое отношение определили преимущества водородной энергетики. Основой получения энергии являются реакции водорода, во время которых выделяется тепло и вода, образуется электричество. Метод экологически чистый. Источник энергии – доступен и неисчерпаем. Водородная энергетика отличается высоким КПД.

Проблема, как всегда, в огромных инвестициях, необходимых для реализации подобных проектов. Еще одной немаловажной проблемой является отсутствие технологий, позволяющих контролировать температуру, образующуюся в ходе водородных реакций. Пока подобные технологии не будут разработаны, о повсеместном применении водорода в качестве источника энергии говорить не приходится.

Что в перспективе

Вышеперечисленные отрасли – далеко не единственные направления, в которых ведутся активные разработки. На сегодняшний день они являются наиболее изученными и внедренными в эксплуатацию на практике, в отличие от, например, сложных технологий термоядерного синтеза, холодного ядерного синтеза и т. д. Некоторые направления, напротив, давно и успешно применяются в качестве автономных источников, но разработок, позволяющих им стать альтернативой традиционной энергетике пока нет. Примером таких направлений могут служить вихревые генераторы, которые с завидной регулярностью объявляются лженаукой, несмотря на немалый опыт практического использования.

В любом случае, говорить о том, что сейчас существуют технологии, способные полностью вытеснить углеводороды, как основной источник энергии, не приходится. В США, странах Европы существует продолжительная (более 20 лет) практика внедрения энерготехнологий на основе , но и там говорить о полной замене традиционных технологий «зелеными» не приходится. На настоящий момент альтернативные отрасли энергетики – идеальное решение для энегообеспечения удаленных и труднодоступных районов, сельской местности.

Самой большой проблемой внедрения альтернативных методов являются огромные капиталовложения в строительство станций, необходимость использования технологичного, дорогостоящего оборудования для захвата потока энергии и ее преобразования и аккумулирования.

В существующую силовую сеть альтернативные электростанции сейчас интегрировать невозможно. Не разработаны сейчас и методы, позволяющие скоординировать производство и потребление энергии. Солнечные, ветровые, приливные и другие подобные электростанции являются нерегулируемыми, поэтому на их долю должно приходиться не более 15% общей мощности силовой сети. В общей доле мирового энергобаланса на нетрадиционные источники энергии приходится около 3%. Эти цифры выглядят весьма скромно, но именно с такими электростанциями все чаще связывают будущее энергетики.

В том случае, если произойдет переход от базовой к распределенной нагрузке электричества, альтернативная энергетика займет достойное место. Децентрализация энергопроизводства и энергообеспечения не просто повысит конкурентоспособность альтернативных источников, а позволит им занять основное место в системе.

Идея использовать волнение моря для получения энергии не то чтобы нова: заявка на патент волновой мельницы была подана аж в 1799 году. В конце XIX века кинетическую энергию волн научились преобразовывать в электричество - и только в 2008-м в Португалии была запущена первая волновая электростанция. Мощность ее была невелика - всего 2,25 МВт, - но зато потенциал волновой энергетики был оценен по достоинству, и теперь аналогичные проекты создаются в десятке стран, включая Россию.

По подсчетам ученых, в перспективе волновая энергетика окажется выгоднее, чем ветровая (удельная мощность волн на порядок превышает удельную мощность ветра), а прилегающие к морям страны смогут генерировать до 5% электроэнергии за счет волн.

Энергия вирусов

Представь себе, вирусы - микроскопические вредители, которые переносят болезни, - могут быть неплохим источником энергии. Приспособить их для такого использования удалось ученым Национальной лаборатории имени Лоуренса (США). Модифицированный ими вирус-бактериофаг под названием M13 создает электрический заряд при прикосновении к «инфицированной» им поверхности. Иными словами, чтобы получить от него электричество, достаточно провести пальцем, например, по экрану смартфона - делов-то! Правда, максимальный заряд, которого ученым удалось добиться от M13, составлял четверть батарейки AAA. Впрочем, это был лишь первый прорыв в микроэнергетике: ученые полагают, что ее потенциал значительно больше.

Биотопливо из водорослей

Другим не менее изобретательным решением стало использование водной растительности в качестве топлива. Получаемая таким образом энергия едва ли сравнится по объемам с энергией, получаемой от добычи нефти и газа, - зато сможет решить проблему загрязнения водоемов, с каждым годом встающую в ряде стран все острее. Скажем, в Японии. Правительство страны ежегодно выделяет немалые суммы на очистку берегов от водорослей - их переработка позволит хотя бы отбить затраченные средства.

Как водоросли превращаются в топливо? Первым делом собранную растительность помещают в резервуар. Потом при помощи специальных бактерий в нем запускается процесс брожения. При брожении выделяется метан, который в итоге и направляется в электрический генератор.

Как ты понимаешь, получаемой из водорослей энергии недостаточно, чтобы пытаться обеспечить ей жилые дома, - однако она в разы превосходит энергию всех прочих источников биологического топлива и сравнительно просто добывается. А значит, к ней будут обращаться все чаще.

Энергетический потенциал Мирового океана

Волновая энергетика и водоросли лишь часть источников энергии, доступных благодаря океану. Остальные менее популярны - но не менее перспективны:

Энергия приливов. Для ее получения используются приливные электростанции. Подобные установки существуют уже в десятке стран, включая Россию. По подсчетам ученых, данный источник немногим уступает волновой энергетике.

Энергия течений. Представляешь, сколько энергии мог бы вырабатывать, скажем, Гольфстрим? И не пытайся: много. Пока что разработкой этого направления занимаются Великобритания и США. В Штатах, кстати, уже разработана турбина мощностью 400 кВт.

Энергия температурного градиента морской воды. Или попросту энергия, полученная из разницы между температурой воды на поверхности и на глубине. Сравнительно новый источник, исследуемый главным образом США. Потенциал пока не вполне изучен.

Осмотическая энергия. Называемая также энергией диффузии жидкостей, она получается в местах смешивания соленой и пресной воды. Единственная на данный момент подобная электростанция построена в Норвегии.

Не стоит забывать и про так называемую энергию водного потока. Ничего нового: именно ее выработкой занимаются известные тебе гидроэлектростанции.

Энергия земных недр

Нефть и газ не единственное, зачем стоит бурить землю: геотермальная энергия, или энергия земных недр, однажды сможет составить им конкуренцию. Для ее получения используются геотермальные станции. Устанавливаемые вблизи вулканов, такие установки успешно снабжают энергией Исландию, Японию, Индонезию и ряд других стран. При этом сама магма ими не используется: энергию дает кипящая вода вроде той, что вырывается на поверхность в гейзерах.

Энергетический потенциал недр не так высок, как у вышеперечисленных источников. Зато этот вид энергии подходит странам, лишенным выхода к морю.

Термоядерная энергия

Сколько бы альтернативная энергетика ни использовала естественные процессы, происходящие на планете, самый мощный источник энергии будет полностью рукотворным. Им станет ITER - Международный экспериментальный термоядерный реактор, способный воссоздавать процессы, происходящие внутри звезд.

Первоначально запуск ITER планировался на 2016 год, однако теперь сроки сдвинулись к началу 30-х. Более того, подключить установку к энергетической сети удастся от силы к 2040-му. Впрочем, результат стоит ожиданий: выделяемой при термоядерном синтезе энергии должно хватить на несколько стран.