Энергия из ничего

Реальность бесплатной электроэнергии

Каждый нет-нет да задумывается не только об экономии, но и о чём-то бесплатном. Люди вообще любят что-либо получить на халяву. Но основной вопрос на сегодня, можно ли получить бесплатно электроэнергию. Ведь если мыслить глобально, то скольким приходится человечеству жертвовать, чтобы получить лишний киловатт электричества. А ведь природа не терпит столь жестокого обращения с собой и постоянно напоминает, что следует быть осторожнее, дабы остаться в живых человеческому виду.

В погоне за прибылью человек не особо задумывается о пользе для окружающей среды и уж совсем забывает об альтернативных источниках энергии. А их существует достаточно, чтобы изменить нынешнее положение вещей в лучшую сторону. Ведь используя халявную энергию, которую без труда можно конвертировать в электричество, последнее может стать для человека бесплатным. Ну, или почти бесплатным.

И рассматривая, как получить электричество в домашних условиях, сразу всплывают в памяти самые простые и доступные методы. Хотя для их осуществления и потребуются некоторые средства, в результате само электричество не будет стоить пользователю ни копейки. Причём таких методов не один, и не два, что позволяет выбрать наиболее приемлемый в конкретных условиях способ добычи бесплатной электроэнергии.

Добыча электричества из земли

Так уж получается, что если знать хотя бы немного строение почвы и основы электрики, можно понять, как получить электроэнергию из самой земли-матушки. А всё дело в том, что почва в своей структуре объединяет твёрдую, жидкую и газообразную среду. И именно это необходимо для успешного извлечения электричества, так как позволяет найти разность потенциалов, что в результате и приводит к успешному результату.

Таким образом, почва является своего рода электростанцией, в которой постоянно находится электричество. А если учесть тот факт, что через заземления ток истекает в землю и там концентрируется, то обходить стороной подобную возможность просто кощунственно.

Используя подобные знания, умельцы, как правило, предпочитают получать электричество из земли тремя способами:

• Нулевой провод — нагрузка — почва.
• Цинковый и медный электрод.
• Потенциал между крышей и землёй.

Стоит рассмотреть каждый из методов более подробно, чтобы лучше стало понятно, о чём речь.

Нулевой провод — нагрузка — почва: подразумевает под собой использование третьего проводника, который соединяет заземлённый проводник и нулевой контакт, что позволяет получить ток напряжением 10−20 вольт. А этого вполне хватит для подключения нескольких лампочек. Хотя если немного поэкспериментировать, то можно получить и куда большее напряжение.

Цинковый и медный электрод используют для добычи электричества из грунта в изолированном пространстве. В такой почве ничего расти не будет, так как она перенасыщена солями. Берётся цинковый или железный прут и вставляется в землю. А также берут аналогичный прут из меди и тоже вставляют в почву на небольшом расстоянии.

В результате почва будет выполнять функцию электролита, а стержни образуют разницу потенциалов. Как итог, цинковый прут будет отрицательным электродом, а медный — положительным. А подобная система будет выдавать всего около 3 вольт. Но опять же, если немного поколдовать со схемой, то вполне можно полученное напряжение неплохо увеличить.

Потенциал между крышей и землёй в те же 3 вольта можно «словить», если крыша будет железной, а в земле установить ферритовые пластины. Если увеличивать размер пластин или расстояние между ними и крышей, то значение напряжения можно увеличить.

Довольно странно, но заводских приспособлений для получения электричества из земли почему-то нет. Но самостоятельно сделать любой из способов можно даже без каких-то особых затрат. Это, конечно, хорошо.

Но стоит учитывать, что электричество довольно опасно, поэтому любые работы лучше проводить вместе со специалистом. Или призвать такого при запуске системы.

Электроток из воздуха

Вот уж мечта многих получать халявное электричество своими руками из воздуха. Но как оказывается, не всё так просто. Хотя существует множество способов получить электричество из окружающей среды, сделать это не всегда просто. И несколько способов, которые стоит знать:

• Электрический потенциал способен накапливаться, поэтому придуманы грозовые батареи, которые такую способность используют.
• Хорошо многим известные ветрогенераторы способны силу ветра преобразовывать в электричество.
• Использование ионизатора.
• Малоизвестный генератор тороидального электричества, придуманный Стивеном Марком.
• Бестопливный энергоисточник Капанадзе.

Ветрогенераторы успешно используются во многих странах. Существуют целые поля, заставленные такими вентиляторами. Подобные системы способны обеспечить электричеством даже завод. Но существует довольно значительный минус — из-за непредсказуемости ветра невозможно точно сказать, сколько будет выработано и сколько накоплено электроэнергии, что вызывает определённые сложности.

Грозовые батареи названы так потому, что способны накапливать потенциал из электрических разрядов, а попросту из молний. Несмотря на кажущуюся эффективность, такие системы трудно предсказуемы, как и сами молнии. Да и создать самостоятельно подобную конструкцию скорее опасно, чем сложно. Ведь они притягивают молнии до 2000 вольт, что смертельно опасно.

Тороидальный генератор С. Марка, устройство, которое вполне можно собрать в домашних условиях, оно способно питать множество домашнего оборудования. Состоит оно из трёх катушек, которые образуют резонансные частоты и магнитные вихри, что позволяет образовываться электрическому току.

Генератор Капанадзе придуман грузинским изобретателем на основе трансформатора Тесла. Это отличный пример новейших технологий, когда для запуска необходимо лишь подключить аккумулятор, после чего полученный импульс заставляет работать генератор и производить электричество в прямом смысле из воздуха. К сожалению, данное изобретение не разглашается, поэтому каких-либо схем нет.

Солнце как источник энергии

Как же можно обделить вниманием столь мощный энергоисточник, как солнце. И, конечно, многие слышали о возможности получать электричество от солнечных батарей. Более того, кто-то даже пользовался калькуляторами и другой мелкой электроникой на солнечных батарейках. Но вопрос стоит о том, можно ли таким образом обеспечить электричеством дом.

Если посмотреть на опыт европейских любителей дармовщинки, то подобная затея вполне себе реализуема. Правда, на сами солнечные батареи придётся потратить немалые средства. Но полученная экономия вполне окупит все затраты с избытком.

К тому же это экологично и безопасно как для человека, так и для окружающей среды. Солнечные батареи позволяют рассчитать количество энергии, которое можно получить, а также этого вполне хватит для обеспечения электричеством всего, даже большого, дома.

Хотя ряд минусов всё же есть. Работа подобных батарей зависит от Солнца, которое не всегда присутствует в нужном количестве. Так, в зимнее время или в сезон дождей могут возникать проблемы в работе.

В остальном это простой и эффективный источник неиссякаемой энергии.

Альтернативные и сомнительные методы

Многим известна история про незатейливого дачника, которому якобы удалось получить халявную электроэнергию из пирамид. Этот человек утверждает, что построенные им из фольги пирамиды и аккумулятор в качестве накопителя помогают освещать весь приусадебный участок. Хотя выглядит это маловероятным.

Другое же дело, когда исследования ведут учёные мужи. Здесь уже есть над чем задуматься. Так, проводятся опыты по получению электричества из продуктов жизнедеятельности растений, которые попадают в почву. Подобные опыты вполне можно проводить и в домашних условиях. Тем более что полученный ток не опасен для жизни.

В некоторых зарубежных странах, там, где есть вулканы, их энергию с успехом используют для добычи электроэнергии. Благодаря специальным установкам работают целые заводы. Ведь полученная энергия измеряется мегаваттами. Но особо интересно то, что добыть электричество своими руками подобным способом могут и рядовые граждане. К примеру, некоторые используют энергию тепла вулкана, которую совсем несложно трансформировать в электрическую.

Многие учёные бьются над поиском добычи альтернативных методов энергии. Начиная от использования процессов фотосинтеза и заканчивая энергиями Земли и солнечными ветрами. Ведь в век, когда электроэнергия особенно востребована, это как нельзя кстати. А имея интерес и некоторые знания, каждый может внести свой вклад в изучение получения халявной энергии.

Генерация электрической энергии и виды электростанций

Генерация электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии(механической, химической, тепловой, оптической) в электрическую на электростанциях. В настоящее время существуют следующие виды генерации:

1. Тепловая электроэнергия.

В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:

a. Конденсационные ;

b. Теплофикационные (теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции);

КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;

Тепловые электростанции (ТЭС). В России около 700 крупных и средних ТЭС. Они производят до 70% электроэнергии. ТЭС используют органическое топливо – уголь, нефть, газ, мазут, сланцы, торф. Тепловые электростанции ориентированы на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности. Крупными тепловыми электростанциями являются Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, работающие на углях Канско-Ачинского бассейна, Сургутская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС – на газе. (Самой крупной ТЭС в мире является Сургутская ГРЭС-2 (4800 МВт), работающая на природном газе)

Преимущества тепловых электростанций: относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К Недостаткам относятся: использование невозобновимых топливных ресурсов; низкий КПД; крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду (тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200–250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида; кроме того они поглощают огромное количество кислорода).

2. Ядерная энергетика.

К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, т. к., в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделятся не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;

АЭС используют транспортабельное топливо и ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или в местах, где выявленные ресурсы минерального топлива ограничены. Кроме этого, атомная электроэнергетика относится к отраслям исключительно высокой наукоемкости.

На сегодняшний день в России эксплуатируются 10 атомных электростанций (в общей сложности 32 энергоблока установленной мощностью 24,2 ГВт), которые вырабатывают около 16% всего производимого электричества. При этом в Европейской части России доля атомной энергетики достигает 30%, а на Северо-западе — 37%.

Достоинства АЭС: их можно строить в любом районе; коэффициент использования установленной мощности равен 80%; при нормальных условиях функционирования они меньше наносят вред окружающей среде, чем иные виды электростанций; не поглощают кислород. Недостатки АЭС: трудности в захоронении радиоактивных отходов (для их вывоза со станции сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения; захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах); катастрофические последствия аварий на наших АЭС вследствие несовершенной системы защиты; тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов. С экономической точки зрения ядерная энергетика специфична. Ей свойственны, по крайней мере, две кардинальные особенности: первая связана с большой ролью капиталовложений, которые вносят основной вклад в стоимость электроэнергии. Из чего следует необходимость особо тщательно и обоснованно учитывать роль капиталовложений. Вторая определяется спецификой использования ядерного топлива, которая существенно отличается от той, что присуща обычному химическому топливу. К сожалению, до сих пор не сложилось единого мнения о том, как следует учитывать эти особенности в экономических расчетах. На примере российской ядерной энергетики можно проанализировать вышеназванные особенности с точки зрения современных особенностей производства электроэнергии.

3. Гидроэнергетика.

К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности. Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, т. к. они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;

Гидроэнергетика обеспечивает 19% всей мировой электроэнергии, а установленная гидроэнергетическая мощность составляет 715 ГВт. По установленной мощности гидроагрегатов и по выработке Россия занимает пятое место в мире после Китая, Канады, Бразилии, США, при этом по обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия находится на втором, после КНР, месте в мире. Полная мощность ГЭС реализуется лишь в теплые месяцы и только в многоводные годы. Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий КПД – более 80%. В результате производимая на ГЭС энергия – самая дешевая.

Самые крупные ГЭС в нашей стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Саяно-Шушенская (6.4 млн. кВт), Красноярская (6.0 млн квт), Иркутская (4.0 млн. квт), Братская (4.5 млн. квт), Усть-Илимская (4.3 млн. квт), сооружается Богучанксая ГЭС (4 млн. квт). В европейской части страны создан крупнейший Волжско-Камский каскад ГЭС, в состав которого входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Воткинская, Городецкая, Чебоксарская, две Волжские (возле Самары и Волгограда), Саратовская. Средняя мощность этих ГЭС около 2.4 млн. квт.

К достоинствам ГЭС относится: использование неисчерпаемых ресурсов; просты в запуске и управлении; имеют высокий КПД; производят самую дешевую электроэнергию; улучшают условия судоходства на реках; облегчают условия орошения близлежащих сельскохозяйственных угодий. К недостаткам ГЭС относятся: требуют больших капиталовложений на строительство; их возведение на равнинах связано со значительными потерями земель, причем лучших – пойменных, отличающихся высоким плодородием; при сооружении водохранилищ неизбежным является переселение жителей из затапливаемых населенных пунктов, что требует очень больших расходов; выработка электроэнергии зависит от климатических условий и меняется по сезонам

4. Альтернативная энергетика.

К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

§ Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;

§ Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;

Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;

§ Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии.

По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, т. е., там, где естественные источники тепла наиболее доступны;

§ Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива. Такой вид производства энергии имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;

Стоит также отметить виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.

История

Основной принцип выработки электроэнергии был открыт в 1820-х и начале 1830-х годов британским ученым Майклом Фарадеем . Его метод, который используется и сегодня, заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при движении этого контура между полюсами магнита, возникает электрический ток.

С развитием техники экономически выгодной стала следующая схема производства электричества. Электрические генераторы, установленные на электростанции, централизованно вырабатывают электрическую энергию в виде переменного тока. С помощью силовых трансформаторов электрическое напряжение вырабатываемого переменного тока повышается, что позволяет передавать его по проводам с низкими потерями. На месте потребления электрической энергии, напряжение переменного тока снижается с помощью понижающих трансформаторов и передаётся потребителям. Электрификация наряду с бессемеровским способом выплавки стали стала основой Второй промышленной революции. Основные изобретения, сделавшие электричество общедоступным и незаменимым, сделали Томас Алва Эдисон и Никола Тесла .

Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда на станции Пёрл-стрит в Нью-Йорке паровой двигатель, приводил в движение динамо-машину, которая производила постоянный ток, для освещения Пёрл-стрит. Новая технология была быстро внедрена во многих городах по всему миру, которые быстро перевели осветительные фанари на электрическую энергию. Вскоре после этого электрические лампы стали широко использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, (трамваев и поездов). С тех пор производство электрической энергии в мире постоянно возрастает.

Способы выработки электроэнергии

Схема производства и передачи электричества. Системы генерации отмечены красным цветом

Основным способом производства электрической энергии является её выработка электрическим генератором, находящимися на одной оси с турбиной, и преобразующим кинетическую энергию вращения турбины в электричество. В зависимости от вида рабочего агента, вращающего турбину электростанции делятся на гидравлические и тепловые (включая ядерные).

Гидроэнергетика

Основная статья: ГидроэлектростанцияСаяно-Шушенская ГЭС, самая крупная гидроэлектростанция России

Гидроэнергетика — отрасль производства электроэнергии от возобновляемого источника, использующая для производства электроэнергии кинетическую энергию водного потока. Предприятиями по производству энергии в этой области являются гидроэлектростанции (ГЭС), которые строят на реках.

При строительстве гидроэлектростанции с помощью плотин на реках искусственно создается перепад уровней водной поверхности (верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний специальными водоводам, в которых расположены водные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина вращает соосный ротор электрогенератора.

Конструктивные особенности гидроэлектростанции: A — водохранилище, B — машинный зал здания ГЭС, C — гидравлическая турбина, D — электрогенератор, E — водоприемник, F — напорный водовод, G — линия электропередачи, H — русло реки

Особой разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электрические станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Тепловая электроэнергетика

Основная статья: Тепловая электростанцияСургутская ГРЭС-2, самая крупная тепловая электростанция в России

Предприятиями тепловой электроэнергетики является тепловые электростанции (ТЭС), на которых в электрическую энергию превращается тепловая энергия сгорания органического топлива. Тепловые электростанции бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, для которых в прошлом использовалась аббревиатура ГРЭС — государственная районная электростанция). Конденсационной называют тепловую электростанцию, которая предназначена исключительно для производства электрической энергии. На КЭС тепло, которое было получено при сжигании топлива, нагревает воду в парогенераторах, и образовавшийся перегретый водяной пар подается в паровую турбину, на одной оси с которой находится электрический генератор. В турбине внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию, которая в электрическом генераторе создает электрический ток, подаваемый в электрическую сеть. Отработанный пар отводится в конденсатор. Оттуда сконденсировавшаяся вода перекачивается насосами обратно в парогенератор.

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ ). Теплофикационной называется тепловая электростанция, в которой часть тепловой энергии направляется на выработку электрической энергии, а часть поступает для обогрева окрестных жилых районов. Комбинированная выработка тепла и электрической энергии на ТЭЦ значительно повышает эффективность использования топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях, а тепла для обогрева — в домашних котельных установках

Технологические схемы КЭС и ТЭЦ похожи. Принципиальное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что часть образовавшегося в котле пара идет на нужды теплоснабжения.

Ядерная энергетика

Основная статья: Атомная электростанцияБалаковская АЭС, самая крупная ядерная электростанция России

В ядерной энергетике для производства энергии и тепла используется ядерная энергия. Предприятиями ядерной энергетики являются атомные электростанции (АЭС). Принцип выработки электроэнергии на АЭС то же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании органического топлива, а в результате ядерной реакции в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: парогенератор получает тепло от реактора и вырабатывает пар, тот поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС их рентабельно использовать только для производства электричества, хотя отдельные эксперименты в области атомной теплофикации проводились.

Схема работы ядерной электростанции

Альтернативная электроэнергетика

Ветровые турбины обычно обеспечивают выработку электроэнергии в сочетании с другими методами производства электроэнергии.

К альтернативной электроэнергетике относятся способы генерирования электроэнергии, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с «традиционными» (упомянутыми выше), но по разным причинам не получили широкого распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии. Интересно, что согласно закону Беца КПД ветряной турбины не может быть больше, чем 59,3 %

Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Несмотря на то, что солнечный свет бесплатен и имеется в изобилии, крупномасштабное производство электроэнергии на солнечных электростанциях, обходится дороже, чем производство электроэнергии с помощью электрических генераторов. Это связано с высокой стоимостью солнечных батарей, которая однако постоянно снижается. В настоящее время коммерчески доступны батареи с КПД преобразования почти 30%. В экспериментальных системах была продемонстрирована эффективность более 40% . До недавнего времени фотоэлектрические устройства чаще всего использовались на космических орбитальных станциях, в малонаселенных местах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Последние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными экологическими проблемами, значительно ускорили развертывание солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год благодаря росту производства электроэнергии в Марокко, Германии, Китае, Японии и США. Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики является необходимость создния аккумулирующих мощностей для функционирования в ночное (для гелиоэнергетики) или безветренное (для ветроэнергетики) время.

Геотермальная энергетика — промышленное получение энергии, в частности электроэнергии, из горячих источников, термальных подземных вод. По сути геотермальные станции являются обычными ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара вместо котла или ядерного реактора используются подземные источники тепла из недр Земли. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где эти природные источники тепла являются самыми доступными.

Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода является абсолютно экологически чистым (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика пока не может из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах.

Стоит также отметить такие альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях для производства электрической энергии используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения очень многих факторов при проектировании электростанции: необходимо такое побережья, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильными и устойчивыми.

Электрохимия

Электрохимическая выработка энергии происходит в процессе прямого преобразования энергии химических связей в электричество, как, например, в батарее . Электрохимическое производство электроэнергии важно в портативных и мобильных приложениях. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей. Первичные элементы, такие как обычные цинк-углеродные батареи, действуют непосредственно в качестве источников энергии, в то время, как вторичные элементы (аккумуляторные батареи) используются хранения электроэнергии, а не для её выработки. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для извлечения энергии из природного или синтетического топлива.

В местах, где много соленной и пресной воды возможно создание осмотических электростанций.

Экономика производства электроэнергии

США 2014 Производство электроэнергии по типам.

Строительство объектов электроэнергетики очень затратно, срок их окупаемости велик. Экономическая эффективность того или иного способа производства электроэнергии зависит от многих параметров, в первую очередь, от спроса на электроэнергию и от региона. В зависимости от соотношения этих параметров варьируются и отпускные цены не электроэнергию, например, цена электроэнергии в Венесуэле составляет 3 цента за кВтч, а в Дании — 40 центов за кВтч.

В 2018 году стоимость производства ветроэнергии стала ниже производства энергии на атомных электростанциях

Выбор типа электростанции также основывается в первую очередь на учете местных потребностей в электроэнергии и колебаниях спроса. Кроме того, все электрические сети имеют различные нагрузки, но электростанции, которые подключены к сети и работают непрерывно должны обеспечить базовую нагрузку — дневной минимум потребления. Базовую нагрузку могут обеспечить только крупные тепловые и атомные электростанции, мощность которых можно в определенных пределах регулировать. В гидроэлектростанциях возможность регулирования мощности значительно меньше.

Тепловые электростанции предпочтительно строить в районах с высокой плотностью промышленных потребителей. Отрицательное влияние загрязнения местности отходами может быть сведено к минимуму, поскольку электростанции обычно располагаются вдали от жилых районов. Существенным для теплоэлектростанции является вид сжигаемого топлива. Обычно самым дешевым топливом для тепловых электростанций является уголь. Но если цена природного газа опускается ниже определенного предела, его использование для выработки электроэнергии становится более предпочтительным чем выработка электроэнергии путем сжигания угля.

Главным достоинством атомныъ электростанций является большая мощность каждого энергетического блока при относительно небольших размерах и высокая экологичность при чётком соблюдении всех правил работы. Однако потенциальные опасности от сбоя атомных станций очень велики.

Гидроэлектростанции строятся, как правило, в отдаленных районах и являются чрезвычайно экологичными, но их мощность сильно меняется в зависимости от времени года, и они не могут регулировать выдаваемую в электрическую сеть мощность в широких пределах.

Стоимость выработки электроэнергии из возобновляемых источников (за исключением гидроэнергии) в последнее время значительно упала. Стоимость электроэнергии, добываемой из солнечной энергии, энергии ветра, энергии приливов во многих случаях уже сопоставима со стоимостью электроэнергии, добываемой на тепловых электростанциях. С учётом государственных субсидий строительство электростанций работающих с возобновляемыми источниками экономически целесообразно. Однако главный недостаток подобных электростанций — непостоянный характер их работы и невозможность регулировать их мощность.

В 2018 году производство электроэнергии на ветровых электростанциях, расположенных в море, стало дешевле производства электроэнергии на атомных электростанциях.

Экологические проблемы

Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на озабоченность состоянием окружающей среды. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США этот показатель доходит до 70%, а в Китае — до 80%. Экологичность производства электричества зависит от типа электростанции. Большинство ученых сходятся во мнении, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на выработку электроэнергии приходится почти 40% выбросов, самый большой из всех источников. Транспортные выбросы сильно отстают, обеспечивая около трети производства диоксида углерода в США. В Соединенных Штатах сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии является причиной 65% всех выбросов диоксида серы, основного компонента кислотных дождей. Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx, окиси углерода и твердых частиц в США. В июле 2011 года парламент Великобритании констатировал, что при выработке одного киловатт-часа «выбросы (двуокиси углерода) в ядерной энергетике примерно в три раза ниже, чем на солнечных электростанция, в четыре раза ниже, чем при сжигании обогащенного угля, и в 36 раз ниже, чем при сжигании обычного угля».

Примечания

1. Pearl Street Station — Engineering and Technology History Wiki. ethw.org. Дата обращения 14 августа 2016.
2. New World Record Achieved in Solar Cell Technology Архивная копия от 23 апреля 2007 на Wayback Machine Архивная копия от 23 апреля 2007 на Wayback Machine (пресс-релиз, 2006-12-05), Министерство энергетики США.
3. Сандрин Курстемон. Будущее мировой энергетики – в Африке?. www.bbc.com. Дата обращения 14 августа 2016.
4. Крупнейшая в мире система аккумуляторных батарей установлена на Аляске (пресс-релиз, 2003-09-24), Министерство энергетики США. «13 670 никель-кадмиевых аккумуляторных батарей для выработки до 40 мегаватт энергии в течение приблизительно 7 минут или 27 мегаватт в течение 15 минут».
5. EIA — Electricity Data. www.eia.gov. Дата обращения 14 августа 2016.
6. Smith. Will Natural Gas Stay Cheap Enough To Replace Coal And Lower Us Carbon Emissions, Forbes (22 March 2013). Дата обращения 20 июня 2015.
7. How the offshore wind energy industry matured (англ.). https://orsted.com. Ørsted A/S. Дата обращения 21 июня 2019.
8. Statistics and Balances восстановлены 2011-5-8
9. Borenstein. Carbon-emissions culprit? Coal, The Seattle Times (3 июня 2007). Архивировано 24 апреля 2011 года.
10. Sulfur Dioxide. US Environmental Protection Agency.
11. AirData. US Environmental Protection Agency.
12. Early day motion 2061. UK Parliament. Дата обращения 15 мая 2015.