Ветроэнергетика
Использование энергии ветра для выработки электричества пока является в Германии наиболее эффективной и производительной технологией из всех представленных в области возобновляемой энергии. В 2009 году этот сектор вырос на 15%, достигнув мощности в 26 тыс. МВт. Общее количество турбин достигло 21163 единиц.
По планам германских энергетиков, к 2020 году производство электроэнергии, вырабатываемой ветряными турбинами, достигнет 149 млрд. кВт∙ч, при мощности 45 ГВт, что обеспечит четверть всего объема энергопотребления страны. Предполагается, что само количество ветрогенераторов не изменится, оставшись на уровне около 20 тыс. единиц, но старые турбины будут со временем заменены на новые и более эффективные, позволяя существующей ветряной электростанции производить больше электроэнергии с меньшим шумом, не увеличивая объемы используемых под них сейчас площадей.
Ветряные фермы располагаются в основном в прибрежных районах Германии, но в ближайших планах развитие континентального и морского парка ветрогенераторов. Считается, что только ветроэнергетика внутренних, удаленных от морских побережий районов способна к 2020 году достичь установленной проектной мощности в 10 ГВт. В конце апреля была открыта Alpha Ventus - первая ветряная ферма в Северном море, на расстоянии 45 км от берега, сооружение которой обошлось в 250 млн. евро.
Преимущества и недостатки ветровых генераторов электроэнергии
По сути, энергия ветра - это преобразованная в кинетическую энергию молекул воздуха энергия солнца. Так что можно утверждать, что энергия ветра, как и энергия волн - это разновидность солнечной энергии, энергии, которая будет нам доступна столько времени, сколько будет существовать Солнце и наша планета. В этой статье мы дадим краткий обзор преимуществ и недостатков ветровых генераторов электроэнергии.
Преимущества.
. Использование энергии ветра имеет тысячелетнюю историю. Энергия ветра использовалась еще в Древнем Риме для доставки воды и помола зерна.
. Энергия ветра - возобновляемая энергия, что означает, что Земля производит ветер постоянно, бесплатно и без ущерба для окружающей среды.
. Энергия ветра может быть достаточно дешевой, если будет использоваться в широких масштабах и на начальном этапе при поддержке государства. По некоторым оценкам цена КВт-часа может быть ниже 4-6 центов.
. Энергией ветра замещает энергию, вырабатываемую тепловыми электростанциями, тем самым уменьшая выбросы парниковых газов.
. Энергия ветра доступна практически в любом месте на планете. Где-то ветер слабее, где-то сильнее, но он есть практически везде.
. Ветрогенераторы не производят вредных выбросов в процессе эксплуатации.
. Ветряные турбины расположены на мачтах, и занимают очень мало места, что позволяет размещать их совместно с другими строениями и объектами.
. Энергия ветра будет особенно востребована в удаленных местах, куда доставка электричества другими привычными способами затруднена.
. Производство и эксплуатация ветряных турбин - это новые рабочие места.
. Как и другие альтернативные источники энергии, ветряные электростанции снижают зависимость компаний и частных лиц от монополии нефтегазовых кампаний, т.е. создают конкуренцию, от которой должны выиграть конечные потребители.
Недостатки.
. Сила ветра весьма переменчива и зачастую непредсказуема, что требует использования дополнительного буфера для накапливания избыточной электроэнергии или дублирования источника для подстраховки. Эта проблема должна решиться с внедрением технологии Smart Grid - интеллектуальной системы распределения электроэнергии производимой гетерогенными источниками между потребителями в зависимости это потребностей.
. Многие люди считают, что ветряки, торчащие здесь и там, портят природный вид местности.
. В разных частях Земли в разное время ветер дует по-разному. При строительстве ветряных электростанций необходимо предварительное исследование и разработка карты ветров.
. Высокая начальная стоимость. Стоимость установки производящей 1 МВт составляет сегодня 1 миллион долларов.
. Ветряные электростанции, как правило, простираются на обширные территории и находятся в отдалении от потребителя, что создает дополнительные расходы на транспортировку энергии.
. Сохранение избыточной энергии, выработанной ветряными турбинами, требуют дополнительных решений: аккумуляторов или преобразователей в другие виды энергии.
. Некоторые исследователи утверждают, что ветряки принуждают некоторые виды птиц менять пути миграции.
. Ветряные турбины создают шум сравнимый с шумом автомобиля движущегося со скоростью 70 км/ч, что создает дискомфорт для людей и отпугивает животных.
. Вращающиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для некоторых видов живых организмов. Согласно статистике, лопасти каждой установленной турбины являются причиной гибели не менее 4 особей птиц в год.
Солнечная энергетика
Солнечная энергетика - один из наиболее быстро развивающихся секторов германской промышленности, постоянно подпитываемый крупными государственными дотациями, годовой объем которых составляет почти 9 млрд. евро. Только в прошлом году в Германии были установлены солнечные батареи суммарной мощностью более 5 тыс. МВт. При этом общая мощность используемых на сегодняшний день батарей составляет около 14 тыс. МВт. Производство электрической энергии при помощи солнечных лучей, по-другому называемое фотогальваникой или фотовольтаикой, к 2020 году в Германии должно увеличиться почти в десять раз. Если сегодняшний объем выработки электрической энергии путем использования фоточувствительных элементов для преобразования солнечной энергии в электричество в Германии оценивается в 4,3 млрд. кВт∙ч, то через десятилетие этот показатель должен составить почти 40 млрд. кВт∙ч при мощности 39,5 ГВт.
Таким образом, солнечная энергетика наряду с геотермальной и ветряной является одним из наиболее быстрорастущих секторов в сфере «зеленой» энергетики. Считается, что к 2020 году она будет обеспечивать около 7% всей генерируемой электростанциями мощности. Причины такого роста объясняются постепенным развитием технологии и повышением КПД солнечных батарей с одновременным понижением их стоимости, что уже в середине следующего десятилетия должно вывести этот сектор на самоокупаемость. Говоря простым языком, для конечного потребителя установка солнечной батареи окажется более дешевым вариантом, чем покупка электроэнергии, поступающей через электросеть.
Тем временем не все здесь так уж однозначно позитивно: сегодня от крупных германских энергетических компаний правительство требует покупать солнечную энергию по ценам, в несколько раз превышающим ее рыночную стоимость. Поэтому дотируемый сектор быстро стал выгодным бизнесом: в 2009 году в Германии было установлено более половины мирового количества солнечных панелей, и их владельцы теперь получают миллиардные субсидии. Немецкие компании вышли на первое место на мировом рынке солнечной энергетики, но, несмотря на масштабные инвестиции, на солнечную энергетику в общей структуре энергетики Германии до сих пор приходится менее 1%.
2.3 Опыт энергосбережения
Уже на протяжении многих лет в Европе, используют энергосберегающие технологии при строительстве и реконструкции зданий. В этих странах создали необходимые законодательные нормы с учетом экономических интересов собственников жилья и инвесторов. Повышения уровня энергоэффективности добиваются с помощью применения эффективной теплоизоляции, установки теплонасосов, современных оконных рам и дверей, недопускающих утечки теплого воздуха, использования котельных установок с высоким КПД и приборов поквартирного регулирования температуры.
В Германии на реконструкцию домов с целью понижения энергопотребления было потрачено более 1,5 млрд евро. Более того, владельцам жилья, желающих провести реконструкцию дома, предоставляются налоговые льготы в размере 20% и банковские кредиты с низкой процентной ставкой.
Обеспокоенные экологической обстановкой люди все чаще занимаются превращением своего жилья в экологическое: термоизоляция стен, окон, дверей, крыши, установка батарей для использования альтернативных источников энергии. Для этих целей предлагают свои услуги специальные компании, занимающиеся не только заменой устаревшего оборудования, но и строительством экодомов. В таких домах, например, стараются расположить окна так, чтобы жильцы имели естественное освещение как можно дольше, создаются резервуары для сбора дождевой воды, монтируются современные системы отопления, экономного электроосвещения, системы эффективной сортировки мусора. Все начинания поддерживаются государственными субсидиями.
Понятие «пассивный дом» в нашей стране появилось сравнительно недавно. В таком жилище затраты энергии на отопление сводятся к минимуму за счет применения внутренних источников энергии. Отопление должно осуществляться за счет тепла, выделяемого бытовыми приборами, людьми, альтернативными источниками энергии. Концепция «пассивного дома» сводится к использованию приточно-вытяжной вентиляции (тепловых насосов) с употреблением рекуператоров, применяющих тепло выходящего домашнего воздуха для разогрева воздуха, идущего извне; использование природных источников энергии (солнце, ветер) для отопления и горячей воды. Практическим опытом возведения «пассивных домов» обладают европейские страны, в частности Германия. В настоящее время здесь возведено более 4 тыс. домов, отвечающих требованиям энергоэффективного дома:
Высокоэффективная теплоизоляция дома, не только стен, но и потолка, пола, чердака, подвала. Формируется несколько слоев теплоизоляции (внешняя и внутренняя), не позволяющие выпускать тепло и впускать холодный воздух. Теплопотери составляют 15 КВт на кВ.м. В обычном здании - 250-300 КВт на кВ.м.
Инновационные оконные системы используют двух- или трехкамерные конструкции, применяется специальная технология примыкания окон к стенам. Самые большие окна направлены на юг, откуда поступает максимальное солнечное излучение, что будет приносить больше тепла, чем терять.
Система рекуперации тепла выходящего из помещения воздуха. Воздух выходит и поступает в дом через специальный воздухопровод. В рекуператоре (теплообменнике) отработанный домашний теплый воздух нагревает поступающий уличный воздух (согретый уже в воздухопроводе от тепла земли) и затем выбрасывается на улицу.
«Пассивные дома» удобны и комфортны для проживания, их возводят из экологических материалов, с тенденцией использования продуктов рециклизации неорганического мусора. В Германии созданы заводы по переработке бетона, стекла, метала в строительные материалы для «пассивных домов». Известно, что при отоплении жилья в атмосферу выбрасывается до 40% углекислого газа, образующегося при сжигании топлива, от всего объема выбросов. Для обогрева домов нового типа применяются в первую очередь альтернативные источники энергии.
Дополнительным средством экономии тепловой энергии являются автоматизированные системы управления техническими устройствами в здании. Такие системы, к примеру, снижают температуру помещения во время отсутствия людей или в ночное время. «Умное» отопительное оборудование позволит контролировать и автоматически регулировать интенсивность отопления в зависимости от температуры на улице.
Заключение
Германия добилась поразительных успехов в альтернативной энергетике и возглавила список держав, сделавших широкое использование солнечной энергии стратегическим приоритетом. Немецкой нации удается не только удерживать уже несколько лет мировое лидерство по производству солнечной энергии, Германии удалось превзойти все свои предыдущие рекорды по выработке чистой энергии за месяц. Только лишь июль 2013 года принес 5,1 тераватт٠ час электричества, сгенерированного от солнечных фотоэлементов. Интересно, что Германия придерживается комплексной стратегии использования генераторов на альтернативных природных источниках энергии - зимой страна получает меньше света, но эти потери компенсируются выработкой электричества от ветряных электростанций. За первого полугодие 2013 года Германия от Солнца получала 19,4 ТВтч электричества, а ветрогенераторы выработали 24,2 ТВтч.
Таким образом, эти 2 естественных природных источника энергии догнали по производству атомные электростанции (сейчас их 9 штук, и немецкое правительство в свете событий в Чернобыле и Фукусиме намерено постепенно отказаться от АЭС). АЭС в Германии произвели 52,1 ТВтч, альтернативная энергетика в совокупности - 43,6 ТВтч. За счет использования "зеленой" энергии Германии удается выйти в плюс по соотношению выработка - потребление энергии, т.е. страна производит электричества больше, чем потребляет. В 2012 году немцы поставили на энергорынок 22,8 ТВтч, а за первое полугодие 2013 года экспортировали 12 ТВтч.