Теория:
Возобновляемая энергия производится из ресурсов, которые нам дает природа. Возобновляемые источники энергии вокруг нас, мы сталкиваемся с ними каждый день. Это ветер, солнце, вода и даже растущая трава.
Возобновляемую энергию ещё называют «чистой энергией» или «зеленой энергией», потому что она не загрязняет окружающую среду. Казалось бы, возобновляемые источники энергии - отличная альтернатива ископаемому топливу, и лучше использовать только «зеленые» виды энергии. Но в отличие от природного газа и угля, мы не можем хранить ветер и солнечный свет, чтобы использовать их, когда нам нужно произвести больше электричества. Если ветер не дует, если солнце прячется за облаками, значит источника для получения энергии нет или его недостаточно. Еще одна причина, по которой человечество использует ископаемые виды топлива, такие как уголь и природный газ, заключается в том, что их добыча и переработка в энергию зачастую обходится дешевле производства электричества из энергии ветра или солнца.
Активная научно-техническая деятельность по использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) начались с 70-х годов ХХ в. в период мирового энергетического кризиса.
Существуют различные типы возобновляемых источников энергии и соответствующих отраслей энергетики:
Ветер и ветроэнергетика.
Солнечный свет и солнечная энергетика.
Энергия движущейся воды и гидроэнергетика.
Растения (биомасса) и биоэнергетика.
Тепло Земли и геотермальная энергетика
Возобновляемую энергию ещё называют «чистой энергией» или «зеленой энергией», потому что она не загрязняет окружающую среду. Казалось бы, возобновляемые источники энергии - отличная альтернатива ископаемому топливу, и лучше использовать только «зеленые» виды энергии. Но в отличие от природного газа и угля, мы не можем хранить ветер и солнечный свет, чтобы использовать их, когда нам нужно произвести больше электричества. Если ветер не дует, если солнце прячется за облаками, значит источника для получения энергии нет или его недостаточно. Еще одна причина, по которой человечество использует ископаемые виды топлива, такие как уголь и природный газ, заключается в том, что их добыча и переработка в энергию зачастую обходится дешевле производства электричества из энергии ветра или солнца.
Активная научно-техническая деятельность по использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) начались с 70-х годов ХХ в. в период мирового энергетического кризиса.
Существуют различные типы возобновляемых источников энергии и соответствующих отраслей энергетики:
Ветер и ветроэнергетика.
Солнечный свет и солнечная энергетика.
Энергия движущейся воды и гидроэнергетика.
Растения (биомасса) и биоэнергетика.
Тепло Земли и геотермальная энергетика

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
ВИЭ используются как в развитых, так и в развивающихся странах. Больших успехов в развитии возобновляемой энергетики достигли страны, в которых эта отрасль энергетики получила существенную государственную, экономическую и законодательную поддержку, где в ее развитие вкладываются большие средства, в том числе в разработку новых технологий. Это способствует тому, что стоимость многих технологий использования возобновляемых источников энергии и самой получаемой энергии неуклонно снижается благодаря совершенствованию и росту масштабов производства.
Поскольку многие направления «зеленой» энергетики характеризуются непостоянной мощностью (изменчивостью скорости ветра, интенсивностью солнечного излучения, уровнем рек и др.), они используются в сочетании друг с другом и с традиционными источниками энергии.
В течение последних 150 лет широко использовались уголь, нефть и другие ископаемые виды топлива для производства электроэнергии, без которой невозможна жизнедеятельность современного общества. . Таким образом ископаемые виды топлива вошли почти во все сферы ( деятельности (от быта до масштабных производств), а это привело к тому, что парниковые газы, выделяющиеся при сжигании ископаемых видов топлива, достигли наивысших уровней в истории человечества.
Поскольку парниковые газы задерживают в атмосфере тепло, которое без наличия данных газов могло бы беспрепятственно вернуться в космос, средняя температура поверхности земли повышаются. Глобальное потепление является одним из симптомов изменения климата. С глобальным потеплением связано не только повышение средней температуры (чего?), но и экстремальные погодные явления (ураганы, засухи, наводнения), изменение популяций и мест обитания диких животных, повышение уровня моря и ряд других неблагоприятных факторов.
Не следует забывать и о том, что ископаемое топливо является ограниченным ресурсом, и если мы хотим продолжать жить на нашей планете, то энергия, которую мы используем, должна быть возобновляемой.
Биотопливо
Что такое энергия биомассы? Достаточно вспомнить тепло костра или камина. Это и есть энергия биомассы в действии!
Поскольку многие направления «зеленой» энергетики характеризуются непостоянной мощностью (изменчивостью скорости ветра, интенсивностью солнечного излучения, уровнем рек и др.), они используются в сочетании друг с другом и с традиционными источниками энергии.
В течение последних 150 лет широко использовались уголь, нефть и другие ископаемые виды топлива для производства электроэнергии, без которой невозможна жизнедеятельность современного общества. . Таким образом ископаемые виды топлива вошли почти во все сферы ( деятельности (от быта до масштабных производств), а это привело к тому, что парниковые газы, выделяющиеся при сжигании ископаемых видов топлива, достигли наивысших уровней в истории человечества.
Поскольку парниковые газы задерживают в атмосфере тепло, которое без наличия данных газов могло бы беспрепятственно вернуться в космос, средняя температура поверхности земли повышаются. Глобальное потепление является одним из симптомов изменения климата. С глобальным потеплением связано не только повышение средней температуры (чего?), но и экстремальные погодные явления (ураганы, засухи, наводнения), изменение популяций и мест обитания диких животных, повышение уровня моря и ряд других неблагоприятных факторов.
Не следует забывать и о том, что ископаемое топливо является ограниченным ресурсом, и если мы хотим продолжать жить на нашей планете, то энергия, которую мы используем, должна быть возобновляемой.
Биотопливо
Что такое энергия биомассы? Достаточно вспомнить тепло костра или камина. Это и есть энергия биомассы в действии!

Энергия биомассы.
Биомасса - это органические вещества, которые образуются в растениях в результате фотосинтеза и могут быть использованы для получения энергии.
К энергии биомассы относят биотопливо, такое как этанол и биодизельное топливо, древесину и древесные отходы, биогаз со свалок. Как и солнечная энергия, биомасса является универсальным источником энергии, способным питать транспортные средства, обогревать здания и производить электроэнергию.
Вот некоторые биоматериалы, которые можно использовать для получения энергии:
остатки древесины от лесопилок;
отходы бумаги и древесные отходы от бумажных комбинатов;
зеленые части сельскохозяйственных культур, например, стебли и початки кукурузы;
отходы бумаги и картона, которые нельзя использовать повторно (загрязненные или смешанные с другими видами отходов), пищевые отходы;
быстрорастущие культуры и деревья.
Биомасса является одним из древнейших источников энергии, однако ее использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию на открытом огне или в печах и топках, что не очень эффективно.
Современные технологии по использованию биомассы для получения энергии являются экологически более безопасными по сравнению с энергетическим использованием традиционных органических ресурсов, таких как уголь.

Электростанция на биомассе, Германия.
Потенциальные ресурсы растительной биомассы, которые могут использоваться в качестве источника энергии, достигают 100 млрд. тонн условного топлива. В настоящее время в мировом энергобалансе растительная биомасса (в основном дрова) не превышает 1% от этой цифры (около 12% от общего энергопотребления).
Однако при применении современных технологий доля биомассы в мировом энергобалансе может значительно вырасти.
В современном мире активно используется технология по получению электричества на мусорных свалках. Когда мусор разлагается, он выделяет газ, называемый метаном. С помощью специального оборудования можно собирать газ, выделяющийся на мусорных свалках, и использовать его для получения тепла или даже электроэнергии. В Беларуси несколько крупных свалок отходов оборудованы системами сбора «свалочного» газа метана.
В Республике Беларусь долгие годы лидером в получении биогаза оставалась компания «ТДФ Экотех». Именно она на полигоне «Тростенец» запустила в 2010 году станцию дегазации, извлекающую метан из толщи отходов. Теперь такие системы работают и на других полигонах Минска, в том числе на полигоне «Северный» и самом крупном – «Тростенецком».
В части использования биомассу можно разделить на две основные группы: первичную биомассу и вторичную. Источник первичной биомассы - наземный и водный растительный мир, вторичной – отходы биомассы, образующиеся после сбора и переработки первичной биомассы в товарные продукты, и отходы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности животных и людей.
Биоэнергетика обеспечивает получение энергии за счет использования всех групп биомассы, включая:
- древесные отходы (отходы лесозаготовок и лесопереработки);
- сельскохозяйственные отходы, в том числе растительные отходы (солома, стебли кукурузы, подсолнуха и др.) и животноводческие отходы (навоз и навозные стоки и др.);
- водную растительную биомассу (водоросли, макрофиты и др.).
Технологии использования биомассы постоянно совершенствуются, но энергия из органических отходов получается либо физическим, либо химическим, либо микробиологическим методом.
Физическим методом энергию получают путем сжигания органических отходов. Это самый старый способ получения энергии из биомассы. В промышленности он реализован как прямое сжигание в котле и затем генерирование электроэнергии в паротурбинной установке.
Основой химического метода является использование процессов пиролиза, при которых происходит химическое преобразование одних органических соединений в другие под воздействием теплоты без доступа окислителей (кислорода, воздуха). В зависимости от технологии могут быть получены топливные газы или жидкость. Сюда же относится и процесс газификации биомассы. Это преобразование твердых отходов биомассы в горючие газы путём неполного их окисления воздухом (кислородом, водяным паром) при высокой температуре. В результате данного процесса получают генераторные газы, которые можно использовать в качестве топлива для получения тепловой энергии в быту, а также в промышленности.
Однако самым распространенным в мире является микробиологический метод, под которым понимается получение биогаза сбраживанием без доступа кислорода. Весьма ценным вторичным продуктом производства биогаза являются высококачественные органические удобрения из сброженного осадка, оставшегося после получения биогаза.
Однако при применении современных технологий доля биомассы в мировом энергобалансе может значительно вырасти.
В современном мире активно используется технология по получению электричества на мусорных свалках. Когда мусор разлагается, он выделяет газ, называемый метаном. С помощью специального оборудования можно собирать газ, выделяющийся на мусорных свалках, и использовать его для получения тепла или даже электроэнергии. В Беларуси несколько крупных свалок отходов оборудованы системами сбора «свалочного» газа метана.
В Республике Беларусь долгие годы лидером в получении биогаза оставалась компания «ТДФ Экотех». Именно она на полигоне «Тростенец» запустила в 2010 году станцию дегазации, извлекающую метан из толщи отходов. Теперь такие системы работают и на других полигонах Минска, в том числе на полигоне «Северный» и самом крупном – «Тростенецком».
В части использования биомассу можно разделить на две основные группы: первичную биомассу и вторичную. Источник первичной биомассы - наземный и водный растительный мир, вторичной – отходы биомассы, образующиеся после сбора и переработки первичной биомассы в товарные продукты, и отходы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности животных и людей.
Биоэнергетика обеспечивает получение энергии за счет использования всех групп биомассы, включая:
- древесные отходы (отходы лесозаготовок и лесопереработки);
- сельскохозяйственные отходы, в том числе растительные отходы (солома, стебли кукурузы, подсолнуха и др.) и животноводческие отходы (навоз и навозные стоки и др.);
- водную растительную биомассу (водоросли, макрофиты и др.).
Технологии использования биомассы постоянно совершенствуются, но энергия из органических отходов получается либо физическим, либо химическим, либо микробиологическим методом.
Физическим методом энергию получают путем сжигания органических отходов. Это самый старый способ получения энергии из биомассы. В промышленности он реализован как прямое сжигание в котле и затем генерирование электроэнергии в паротурбинной установке.
Основой химического метода является использование процессов пиролиза, при которых происходит химическое преобразование одних органических соединений в другие под воздействием теплоты без доступа окислителей (кислорода, воздуха). В зависимости от технологии могут быть получены топливные газы или жидкость. Сюда же относится и процесс газификации биомассы. Это преобразование твердых отходов биомассы в горючие газы путём неполного их окисления воздухом (кислородом, водяным паром) при высокой температуре. В результате данного процесса получают генераторные газы, которые можно использовать в качестве топлива для получения тепловой энергии в быту, а также в промышленности.
Однако самым распространенным в мире является микробиологический метод, под которым понимается получение биогаза сбраживанием без доступа кислорода. Весьма ценным вторичным продуктом производства биогаза являются высококачественные органические удобрения из сброженного осадка, оставшегося после получения биогаза.
Механико-биологическая установка, использующая биомассу для получения метана, работает на Брестском мусороперерабатывающем заводе. Там просроченные продукты из магазинов и остатки еды из кафе и ресторанов со всей Беларуси перерабатывают в электрическую и тепловую энергию, которой хватает на питание самого завода и части жилых домов Бреста.
На заводе есть два специальных сооружения – метантенки (или биореакторы). Это огромные герметичные цилиндры, куда загружают сырье, которое затем сбраживается и выделяет газ метан. Далее метан попадает в газоочиститель, оборудованный специальными фильтрами, на которых обитают микроорганизмы, пожирающие серу. Следующий этап – конденсатная шахта, здесь из полученного газа удаляется влага. Затем полученный метан проходит через угольные фильтры и попадает в мини-ТЭЦ, на которой он сжигается, превращаясь в энергию. Отходов переработки нет. Оставшийся осадок может применяться в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве.
На заводе есть два специальных сооружения – метантенки (или биореакторы). Это огромные герметичные цилиндры, куда загружают сырье, которое затем сбраживается и выделяет газ метан. Далее метан попадает в газоочиститель, оборудованный специальными фильтрами, на которых обитают микроорганизмы, пожирающие серу. Следующий этап – конденсатная шахта, здесь из полученного газа удаляется влага. Затем полученный метан проходит через угольные фильтры и попадает в мини-ТЭЦ, на которой он сжигается, превращаясь в энергию. Отходов переработки нет. Оставшийся осадок может применяться в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве.

Метантенки Брестского мусороперерабатывающего завода.
В большинстве стран мира производство биогаза осуществляется в значительных масштабах. В Западной Европе эксплуатируется около 1000 биогазовых установок среднего размера. Несколько миллионов установок приусадебного типа есть в Индии. В Китае только больших и средних биогазовых установок более 10 млн.
Биогаз позволяет получать тепловую и электрическую энергию локально, что очень привлекательно для фермерских хозяйств, которые таким образом и утилизируют образующие отходы органического происхождения, и получают энергию Если активно использовать эти технологии в сельских регионах, можно значительно снизить использование ископаемого топлива.
Для получения биогаза также могут использоваться водоросли (водяная растительная биомасса). Одной из самых продуктивных водорослей считается бурая водоросль макроцистис, которая растет в прибрежной зоне морей и океанов, ее урожайность составляет 450– 1200 т сырой массы с 1 га. А из каждой тонны другой водоросли – хлореллы- можно получить 22 млн. кДж энергии. Для данной технологии подходят и другие водоросли: дуналиэла, водяной гиацинт, красная водоросль и др.
Для получения биогаза используются также отходы животноводства. В Беларуси данная технология получила своё распространение. Например, компанией «ТДФ Экотех» построены биогазовые установки, позволяющие получать биогаз из отходов животноводства, на территории крупнейших сельскохозяйственных предприятий в Несвижском районе («Агрокомбината «Снов» и «Лань - Несвиж»)
В Беларуси работают мини – ТЭЦ, перерабатывающие биомассу в энергию. Работает Жодинская ТЭЦ мощностью 30 МВт, а также мини-ТЭЦ в Вилейке, Пинске, Пружанах и Речице. Все названные ТЭЦ используют биомассу.
Геотермальная энергетика
Что такое геотермальная энергия? «Гео» означает «земля», а «терма» - «тепло», следовательно, эта энергия напрямую связана с землей. Примерами геотермальной энергии являются горячая лава из вулкана и горячий пар из гейзера.
Биогаз позволяет получать тепловую и электрическую энергию локально, что очень привлекательно для фермерских хозяйств, которые таким образом и утилизируют образующие отходы органического происхождения, и получают энергию Если активно использовать эти технологии в сельских регионах, можно значительно снизить использование ископаемого топлива.
Для получения биогаза также могут использоваться водоросли (водяная растительная биомасса). Одной из самых продуктивных водорослей считается бурая водоросль макроцистис, которая растет в прибрежной зоне морей и океанов, ее урожайность составляет 450– 1200 т сырой массы с 1 га. А из каждой тонны другой водоросли – хлореллы- можно получить 22 млн. кДж энергии. Для данной технологии подходят и другие водоросли: дуналиэла, водяной гиацинт, красная водоросль и др.
Для получения биогаза используются также отходы животноводства. В Беларуси данная технология получила своё распространение. Например, компанией «ТДФ Экотех» построены биогазовые установки, позволяющие получать биогаз из отходов животноводства, на территории крупнейших сельскохозяйственных предприятий в Несвижском районе («Агрокомбината «Снов» и «Лань - Несвиж»)
В Беларуси работают мини – ТЭЦ, перерабатывающие биомассу в энергию. Работает Жодинская ТЭЦ мощностью 30 МВт, а также мини-ТЭЦ в Вилейке, Пинске, Пружанах и Речице. Все названные ТЭЦ используют биомассу.
Геотермальная энергетика
Что такое геотермальная энергия? «Гео» означает «земля», а «терма» - «тепло», следовательно, эта энергия напрямую связана с землей. Примерами геотермальной энергии являются горячая лава из вулкана и горячий пар из гейзера.

Горячий гейзер в Национальном парке Йеллоустоун, США.
Основным источником геотермальной энергии служит направленный к поверхности Земли поток тепла из раскаленных недр. Земная кора нагревается в результате трения ядра, радиоактивного распада элементов (подобно торию и урану), химических реакций. В отличие от солнечной и ветровой энергии, геотермальная энергия не зависит от погоды.
Различают пять основных типов геотермальной энергии:
• нормальное поверхностное тепло Земли на глубине от 1,5 до 150 метров;
• резервуары горячей или теплой воды, которые в большинстве случаев сами выливаются на поверхность;
• месторождения горячего пара и пароводяной смеси, выходящие из недр на поверхность;
• теплота сухих горных пород;
• магма (нагретые до 1300°С расплавленные горные породы).
Запасы геотермальной энергии огромны. Во многих странах (Венгрии, Исландии, Италии, Мексике, Новой Зеландии, России, США, Японии) она широко используется для теплоснабжения, выработки электроэнергии. Например, Исландия расположена в районе с большим количеством вулканов. В Исландии 26,5% всей электроэнергии вырабатывается за счет геотермальной энергии. Около 87% домов в этой стране находятся на геотермальном отоплении.
Различают пять основных типов геотермальной энергии:
• нормальное поверхностное тепло Земли на глубине от 1,5 до 150 метров;
• резервуары горячей или теплой воды, которые в большинстве случаев сами выливаются на поверхность;
• месторождения горячего пара и пароводяной смеси, выходящие из недр на поверхность;
• теплота сухих горных пород;
• магма (нагретые до 1300°С расплавленные горные породы).
Запасы геотермальной энергии огромны. Во многих странах (Венгрии, Исландии, Италии, Мексике, Новой Зеландии, России, США, Японии) она широко используется для теплоснабжения, выработки электроэнергии. Например, Исландия расположена в районе с большим количеством вулканов. В Исландии 26,5% всей электроэнергии вырабатывается за счет геотермальной энергии. Около 87% домов в этой стране находятся на геотермальном отоплении.

Геотермальная электростанция в Исландии.
Интересно: Около 10000 лет назад в Северной Америке индейцы палео начали использовать природные горячие источники для приготовления пищи.
Еще древние римляне использовали горячие источники для купания и приготовления пищи. Однако первый завод геотермальной энергии был построен в Лардарелло, Италия, только в 1904 году.
Существует три типа геотермальных электростанций:
1)станции, работающие на месторождениях сухого пара (самая старая технология, при которой турбина напрямую подведена к трещине в земле);
2)станции с парообразователем, работающие на месторождениях горячей воды под давлением (установки под высоким давлением превращают горячую воду в более холодную, при этом образуется пар, который и приводит в движение турбину).
3)станции с бинарным циклом, на которых геотермальная теплота передается вторичной жидкости (здесь уже вторичная жидкость приводит в движение турбину).
Геотермальные установки оставляют самый незначительный углеродный след и оказывают минимальное воздействие на окружающую среду, поскольку не выделяют вредных химических веществ в атмосферу при производстве электроэнергии.
Геотермальные системы отопления и кондиционирования популярны и используются во многих странах. Они работают по принципу теплового насоса (как холодильник, только наоборот). А происходит это так.
Известно, что на расстоянии полутора метров под землей (от 1,5 м. и до 150 м.) температура земли постоянна в любое время года и составляет около +8°С. На данной (и более) глубине располагается система труб (замкнутый контур).. В холодное время года система прокачивает жидкость по трубам для поглощения тепла и поставляет его в помещения. Устройство под названием «теплообменник» забирает тепло у жидкости и использует его для обогрева воздуха внутри дома.
Еще древние римляне использовали горячие источники для купания и приготовления пищи. Однако первый завод геотермальной энергии был построен в Лардарелло, Италия, только в 1904 году.
Существует три типа геотермальных электростанций:
1)станции, работающие на месторождениях сухого пара (самая старая технология, при которой турбина напрямую подведена к трещине в земле);
2)станции с парообразователем, работающие на месторождениях горячей воды под давлением (установки под высоким давлением превращают горячую воду в более холодную, при этом образуется пар, который и приводит в движение турбину).
3)станции с бинарным циклом, на которых геотермальная теплота передается вторичной жидкости (здесь уже вторичная жидкость приводит в движение турбину).
Геотермальные установки оставляют самый незначительный углеродный след и оказывают минимальное воздействие на окружающую среду, поскольку не выделяют вредных химических веществ в атмосферу при производстве электроэнергии.
Геотермальные системы отопления и кондиционирования популярны и используются во многих странах. Они работают по принципу теплового насоса (как холодильник, только наоборот). А происходит это так.
Известно, что на расстоянии полутора метров под землей (от 1,5 м. и до 150 м.) температура земли постоянна в любое время года и составляет около +8°С. На данной (и более) глубине располагается система труб (замкнутый контур).. В холодное время года система прокачивает жидкость по трубам для поглощения тепла и поставляет его в помещения. Устройство под названием «теплообменник» забирает тепло у жидкости и использует его для обогрева воздуха внутри дома.

Горизонтальный геотермальный тепловой насос (перед установкой на глубину). Автор фото: Mark Johnson .
Но геотермальная система может и охлаждать дом летом. Она работает в обратном направлении, поглощая тепло из воздуха внутри помещения и отдавая его земле.
Геотермальные системы отопления нашли применение и в Беларуси. Целый ряд организаций оказывает услуги по оборудованию частных домов и промышленных помещений такими установками.