Теория:

Возобновляемые источники энергии - вокруг нас, и 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 часто обходится дешевле производства электричества из энергии ветра или солнца.
С 70-х годов ХХ в. (в период мирового энергетического кризиса) ученые начали активно работать над использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Сейчас 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.
7.1.jpg
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)

ВИЭ используются как в развитых, так и в развивающихся странах.
Поскольку многие направления «зеленой» энергетики характеризуются непостоянной мощностью (изменчивостью скорости ветра, интенсивностью солнечного излучения, уровнем рек и др.), они часто 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 современная жизнь. 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 в отсутствие таких газов могло бы беспрепятственно вернуться в космос, средняя температура поверхности Земли повышается.
 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!
 7.2.jpg
Энергия биомассы

Биомасса – это все виды растительности, растительные отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и других видов промышленности, водоросли и др.
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.
7.3.jpg
Электростанция на биомассе, Германия

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.
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 химическое преобразование одних органических соединений в другие под воздействием теплоты без доступа 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, 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. А из сброженного осадка, оставшегося после получения биогаза, можно получать высококачественные органические удобрения.
 
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, поедающие 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 у такой переработки нет. Оставшийся осадок может применяться в качестве органического удобрения в сельском хозяйстве.
7.4.png
Метантенки Брестского мусороперерабатывающего завода

Для получения биогаза также могут использоваться водоросли (водяная растительная биомасса), а также отходы животноводства.
В Беларуси тоже работают мини-установки, перерабатывающие биомассу в энергию, например, Жодинская ТЭЦ мощностью 30 МВт, а также мини-ТЭЦ в Вилейке, Пинске, Пружанах и Речице. Все эти 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.
 7.5.jpg
Горячий гейзер в Исландии
Основным источником геотермальной энергии служит направленный к поверхности Земли поток тепла из раскаленных недр. 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 и 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, около 87% домов в этой стране отапливаются за счет геотермальной энергии.
7.6.jpg
 Геотермальная электростанция в Исландии

Таким образом, геотермальная энергетика использует тепловую энергию недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях, а также в теплоэнергетике (для отопления жилья и/или горячего водоснабжения).
 
Интересно: Около 10 тысяч лет назад в Северной Америке индейцы палео уже использовали природные горячие источники для приготовления пищи.
  
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.