Энергия ветра
В конце 19 века, когда уголь произвел первую энергетическую революцию, в Шотландии профессор Джеймс Блайт построил первую ветряную турбину для производства электроэнергии. Ее высота была 10 метров, лопасти представляли собой тканевые паруса. Так была получена первая возобновляемая энергия для освещения жилого дома. Кстати, излишки электроэнергии профессор предложил использовать для освещения главной улицы, но его современники отказались от такого предложения, посчитав электричество чем-то дьявольским.
В то время идея преобразовывать энергию ветра в электроэнергию захватила умы многих ученых-изобретателей. Почти одновременно с шотландцем Блайтом ветряк для освещения своего дома в США построил Чарльз Браш.
В Дании ученый Поул ла Кур подошел более масштабно к вопросу развития возобновляемой энергетики, переделав ветряную мельницу в прототип электростанции, и обеспечил подачу электроэнергии в село Асков. В 20 веке именно Дания стала страной, где ветрогенерация получила самое динамичное развитие. Уже в 1908 году там было построено более 70 ветряков мощностью от 5 до 20 кВт.
Как истинный ученый Поул ла Кур искал возможность усовершенствовать свое детище и обнаружил закономерность – чем меньше лопастей у турбины, тем эффективнее ее работа. Сегодня ветротурбина имеет три лопасти. Такое количество крыльев делает работу генератора максимально эффективной.
В России к развитию возобновляемых источников энергии активно приступили в 30-х годах прошлого века. Было налажено производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт. Первый возобновляемый источник энергии в 100 кВт был смонтирован и подключен к распределительной сети в 1931 году в Ялте. Его производительность была очень близка к показателям современных турбин. Спустя семь лет в Крыму началось строительство ветростанции, ее мощность составляла 5 МВт
Уже в 50-х годах с конвейера ежегодно сходило около 9 тысяч ветрогенераторов мощностью до 30 кВт. Но в 60-х гидроэнергетика вытеснила ветряки из актуальных направлений развития возобновляемых источников энергии, и серийное производство ветротурбин в России было остановлено.
Ренессанс энергии ветра в России пришелся на начало 21 века. Сейчас в стране активно строят ветропарки, налаживают производство турбин и комплектующих к ним. В 2020 году российские композитные лопасти для ветряков впервые были экспортированы в Данию, где уже более 30% потребности в электроэнергии обеспечивают ветряные электростанции.
Энергия воды
Вода на службе у человека состоит не одну тысячу лет. Историки говорят, что около I века до нашей эры греки и китайцы уже использовали водяное колесо для того, чтобы молоть пшеницу. Десятки веков водяное колесо помогало людям, его модернизировали, и со временем оно преобразовалось в гидравлическую турбину, после чего расширились области применения этого механизма. Гидравлические турбины использовались в лесопереработке, производстве текстиля, на фабриках, в кузнечном деле, металлургии и др.
В 19 веке с развитием электроэнергетики у водяного колеса началась принципиально новая жизнь. Получать электричество из силы водного потока стало возможно благодаря новым технологиям, которые разработали ученые из разных стран мира. Но основу всей мировой гидроэнергетики заложил русский изобретатель Михаил Доливо-Добровольский, создавший работу по передаче трехфазного тока. Русский изобретатель, работавший в Германии, в 1891 году построил первую в мире промышленную ГЭС на реке Неккар.
Уже через год гидроэлектрическая установка появилась в России на реке Березовка на Алтае, а в 1900 году – Ниагарская ГЭС в США. 20 век стал золотым веком гидроэнергетики. Этот вид возобновляемой энергии оставил далеко позади своих собратьев. Широкое строительство ГЭС развернулось в странах Западной Европы, в России, США, Бразилии, Японии и других странах. За сто лет суммарная мощность ГЭС в мире выросла с 1 млн кВт до 670 млн кВт, и теперь треть всего электричества в мировом энергобалансе – это энергия воды.
Рейтинг ГЭС по уровню мощности сегодня возглавляет китайская станция «Три ущелья» на реке Янцзы (22 500 МВт). Ее строили 20 лет, а из зоны затопления было переселено 1,3 млн человек. ГЭС «Три ущелья» обеспечивает электричеством 10 китайских провинций, с ее помощью решена многовековая проблема наводнений, сокращено количество вредных выбросов в атмосферу от угольных электростанций. Это не только самый грандиозный проект возобновляемой энергетики в мировом масштабе, но самое большое инженерно-техническое сооружение со времен возведения Великой Китайской стены, говорят эксперты.
Появление станции «Три ущелья» оказало влияние на нашу планету – огромное водохранилище ГЭС привело к изменению скорости вращения Земли, и сутки удлинились на 0,06 микросекунды. Сегодня экологи все чаще стали говорить о вреде, который наносят окружающей среде большие гидроэлектростанции. Но отказываться от воды, как источника возобновляемой энергии человечество не готово, поэтому внимание ученых обращено на малую гидроэнергетику.
Энергия солнца
В ряду возобновляемых источников энергии гелиоэнергетика считается самой перспективной и не только благодаря повсеместному распространению и доступности этого ресурса. Сегодня движение в сторону широкого использования энергии солнца обусловлено, прежде всего, экономически — через снижение стоимости солнечных батарей.
Несмотря на то, что Солнце первичный источник энергии на Земле, его использование долгое время было ограниченным из-за низкой эффективности и высокой стоимости устройств для преобразования энергии. В середине прошлого века возобновляемая энергия Солнца применялась в основном для энергообеспечения космических аппаратов.
Как отрасль гелиоэнергетика стала формироваться только в последние десятилетия. Чем больше страны инвестировали в это направление, тем значительнее снижалась стоимость преобразователей — в течение 50 лет их стоимость снизилась примерно в 1000 раз.
Это привело к тому, что солнечную энергию стали активно использовать в быту. Сегодня в ходу сумки со встроенной солнечной батареей, напольные весы, часы или калькуляторы, заряжающиеся под солнечными лучами. В Берлине на фасаде многоквартирного жилого дома вместо обычных плит смонтированы фотоэлементы солнечных батарей, которые вырабатывают электричество для нужд общего пользования.
В начале 80-х г. прошлого века технологии преобразования солнечной энергии спустились из космоса на землю. В 1982 первый автомобиль, оборудованный солнечными панелями, прокатился по Австралии. В 1996 году – катамаран, питаясь энергией солнца, пересек Тихий океан. Сегодняшний тренд – поезда, многие страны уже перешли к внедрению таких проектов. В 2017 году в Австралии вышел на маршрут поезд на солнечных батареях. Его переоборудовали из старого пассажирского поезда 1949 года. Протяженность пути 3 километра, а стоимость проезда в нем составляет 3 доллара.
Гелиоэнергетика вдохновляет ученых на новые исследования для новых проектов. Над проектом «Солнечный остров» уже работают швейцарские ученые. В океане планируют разместить плавучие острова — электростанции в виде плоских платформ диаметром до 5 километров. Они будут реагировать на движение Солнца и перемещаться вслед за ним. Выработанную энергию на сушу будут доставлять специальные танкеры.
