Энергия из шагов, волн и вулканов: 5 неочевидных способов получить электричество
Когда мы думаем о «зеленой» энергии, на ум обычно приходят солнечные панели и ветряные турбины. Но ученые и инженеры по всему миру ищут и находят куда более нестандартные источники электричества. Некоторые из них прячутся глубоко под землей, другие — в наших городах, а третьи и вовсе заставляют работать то, что мы привыкли считать бесполезным. Вот, что уже сейчас используют в мире для выработки электричества.
1. Энергия вулканов
Вулканы действуют как гигантские тепловые вентиляционные отверстия, поднимая магму ближе к поверхности. Часть этой расплавленной породы извергается, но большинство остается под землей, нагревая окружающие горные породы и воду. Там, где нагретая вода поднимается на поверхность, она образует горячие источники и гейзеры, которые могут существовать тысячи лет.
Чтобы использовать эту энергию, инженеры находят области, где магма находится близко к поверхности, и бурят глубокие скважины до нагретых пород и воды. Эти скважины доставляют пар на поверхность, где он направляет свою силу на турбины электростанции.
После производства электроэнергии пар охлаждается и конденсируется обратно в горячую воду. Затем эта вода может преобразовывать другую жидкость с гораздо более низкой температурой кипения, например, бутан, приводя в действие второй генератор. Отработанную воду закачивают обратно под землю для повторного нагрева.
Земля постоянно производит тепло, поэтому геотермальная энергия служит возобновляемым ресурсом. Такие электростанции создают гораздо меньше загрязнений, отходов и парниковых газов, чем сжигание угля, газа или нефти. Они могут работать десятилетиями и, в отличие от солнца и ветра, обеспечивают энергией 24 часа в сутки 365 дней в году.
Вулканически активные регионы, такие как Исландия и Филиппины, являются мировыми лидерами в этой области. В Исландии геотермальные источники обеспечивают около 25% электроэнергии, а на Филиппинах работает одна из крупнейших в мире геотермальная электростанция «Мак-Бан».
Россия также использует этот потенциал, развивая геотермальную энергетику на Камчатке. Там действуют Мутновская и Паужетская геотермальные электростанции, или ГеоЭС. Мутновская ГеоЭС — расположена у подножия действующего Мутновского вулкана и обеспечивает значительную часть электроэнергии для центрального Камчатского энергоузла, включая города Петропавловск-Камчатский и Елизово. Паужетская ГеоЭС находится на юге полуострова, возле вулканов Кошелева и Камбального, и снабжает энергией поселки Паужетка и Озерновский.
2. Тротуарная плитка
А если бы наши города могли вырабатывать электричество просто от того, что по ним ходят люди? Эта идея уже перестала быть фантастикой. Инженеры создали специальные плитки-генераторы, которые преобразуют кинетическую энергию шагов в электрический ток.
Принцип работы напоминает динамо-машину на велосипеде. Когда человек наступает на такую плитку, она прогибается всего на несколько миллиметров. Это крошечное движение запускает мини-генератор внутри, рождая небольшой разряд тока. Один шаг дает совсем немного энергии — чтобы зарядить смартфон, понадобилось бы несколько тысяч нажатий. Но люди на оживленном вокзале, стадионе или танцполе могут обеспечить киловатт-часы.
Такие системы уже работают. Например, в Лондоне их устанавливают на оживленных улицах, а в Рио-де-Жанейро — в футбольных школах. Энергии от «умных» тротуаров пока хватает для питания уличных фонарей, рекламных щитов или зарядных станций. Но у технологии есть потенциал для дальнейшего развития.
3. Центры обработки данных
Современный мир работает на данных, а центры обработки данных, или дата-центры — их гигантские фабрики. Все эти серверы выделяют колоссальное количество тепла, и обычно мощные системы кондиционирования просто рассеивают его в атмосфере.
Инженеры придумали, как заставить дата-центры отапливать дома и вырабатывать электричество. Они интегрируют в системы охлаждения серверов тепловые насосы или используют технологию, которая работает по принципу паровой турбины, но на органическом теплоносителе с низкой температурой кипения.
Теплый воздух от серверов нагревает воду или специальную жидкость. Та, в свою очередь, испаряет органический теплоноситель, пар которого крутит турбину генератора. После этого пар охлаждается и конденсируется, чтобы цикл повторился снова.
Например, в Финляндии дата-центры крупных компаний обогревают дома в Мянтсяля, Манцала на юге страны и Эспоо, второго по величине города Финляндии. Этот подход не столько создает новую энергию, сколько повышает эффективность использования уже затраченной, замыкая энергетический цикл.
4. Разница в солености вод Мирового океана
Мировой океан — это не только волны, но и гигантская невидимая электростанция, работающая на разнице в солености воды. В местах, где пресные воды рек впадают в моря, возникает огромный потенциал для генерации энергии.
Ученые используют два метода.
Первый — осмотическая энергия: через специальную мембрану пресная вода естественным образом стремится перемешаться с соленой, и этот осмотический поток создает высокое давление, которое можно направлять на турбину генератора.
Второй — реверсивный электродиализ: между слоями соленой и пресной воды помещают мембраны, которые пропускают положительные или отрицательные ионы соли. Разделение зарядов создает постоянный электрический ток, который затем преобразуют в переменный.
Пока эта технология существует в основном в виде пилотных проектов, например в Норвегии и Нидерландах. Ее главные препятствия — высокая стоимость мембран и необходимость фильтровать воду от загрязнений. Однако потенциал огромен: по оценкам экспертов, глобально мы могли бы получать до 2,6 ТВт энергии, просто используя естественные «стоки» рек в океаны.
5. Энергия морских волн
Одним из самых неочевидных, но перспективных источников энергии являются морские волны. Примером инновационного подхода стала волновая электростанция, запатентованная инженерами Кубанского государственного технологического университета.
Ключевой элемент установки — специальный винт, на который воздействуют набегающие волны. Под их напором винт поворачивается вместе с корпусом. Внутри корпуса неподвижно закреплены два соленоида — устройства, преобразующие механическое движение в электрический ток. К ним через поворотные рычаги прикреплены дугообразные ферромагнитные стержни. Когда волна поворачивает винт на 180°, он доходит до упора в демпфер, а рычаги поднимаются. Затем под действием силы тяжести они опускаются в другой демпфер, и в этот момент генерируется электрический ток.
Эта технология может стать особенно полезной для удаленных прибрежных регионов, где затруднено стабильное централизованное электроснабжение. В России крупные волновые станции расположены в Краснодарском крае, на озере Байкал, на Камчатке, в Крыму и на острове Сахалин.
Также волновые станции с подобным принципом работы находятся в Португалии, Испании, Великобритании, у берегов Западной Австралии.
