Відновлювана енергетика та системи розосередженої генерації
Вітроенергетика
Вітер утворюється в результаті нерівномірного нагрівання поверхні Землі Сонцем. Потоки повітря можуть бути використані для приведення в рух вітрових турбін. Принцип дії всіх вітроустановок один: під напором вітру обертається вітроколесо з лопатями, яке передає крутний момент через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Реальний ККД найкращих вітрових коліс досягає 45 % у разі стійкої роботи при оптимальній швидкості вітру. Існують дві принципово різні конструкції вітроенергетичних установок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.
Сучасні вітрові турбіни мають номінальну потужність від, приблизно, 600 кВт до 5 МВт. Найпоширенішими в комерційному застосуванні, наразі, є повітряні турбіни з номінальною потужністю в діапазоні 1,5—3 МВт. Потужність вітрового потоку пропорційна до площі його перерізу і має кубічну залежність від швидкості вітру, тобто його потужність зростає ще швидше, ніж швидкість вітру. Найкращими для розташування вітрових електростанцій є місцевості з потужними та сталими вітрами, такі як прибережні смуги та вершини гір.
Гідроенергетика
Гідроенергетика — область господарсько-економічної діяльності людини а також сукупність природних і штучних підсистем (гідроелектростанцій), що служать для перетворення енергії водного потоку в електричну енергію. На цих електростанціях, як джерело енергії використовується потенціальна енергія водного потоку, першоджерелом якої є Сонце, що випаровує воду, котра згодом випадає на височинах у вигляді атмосферних опадів і стікає вниз, формуючи ріки.
Гідроелектростанції зазвичай будують на ріках, споруджуючи греблі та водосховища. Також можливе використання кінетичної енергії водного потоку на так званих вільнопотокових (дериваційних) ГЕС.
Оскільки густина води приблизно в 800 разів більша за густину повітря, навіть повільний потік води, або слабка океанська течіяможе виробляти істотну кількість енергії.
Станом на 2006 рік гідроенергетика забезпечує виробництво до 88 % відновлюваної і до 20 % всієї електроенергії у світі, встановлена гідроенергетична потужність досягла 777 ГВт.
В останні десятиріччя проводяться широкомасштабні дослідження практичного використання значного потенціалу течій в морях і океанах, які підрозділяють на неперіодичні, мусонні (пасатні) й припливновідпливні. З них в першу чергу розглядається можливість використання енергії головних неперіодичних течій (Гольфстрім, Куросіо та ін.), сумарний енергетичний потенціал яких за різними методиками оцінюється від 5 до 300 млрд кВт.
Сонячна енергетика
Сонячна енергія може бути перетворена в електричну двома основними шляхами: термодинамічним і фотоелектричним.
При термодинамічному методі електричну енергію за рахунок використання сонячної енергії можна отримати використанням традиційних схем в теплових установках, в яких теплота від згоряння палива замінюється потоком концентрованого сонячного випромінювання.
Існують сонячні теплоелектростанції трьох типів:
- баштового типу з центральним приймачем-парогенератором, на поверхні якого концентрується сонячне випромінювання від плоских дзеркал-геліостатів;
- параболічного (лоткового) типу, де в фокусі параболоциліндричних концентраторів розміщуються вакуумні приймачі-труби з теплоносієм;
- тарілкового типу, коли в фокусі параболічного тарілкового дзеркала розташовується приймач сонячної енергії з робочою рідиною.
Сонячна фотоенергетика являє собою пряме перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Принцип дії фотоелектричного перетворювача базується на використанні внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках і ефекту ділення фотогенерованих носіїв зарядів (електронів і дірок) електронно-дірковим переходом або потенційним бар'єром типу метал-діелектрик-напівпровідник.
В цьому контексті, «сонячна енергія» може позначати енергію, отриману від сонячного випромінення. Існують різні шляхи застосування енергії сонячного випромінення, включно із:
- Генерування електричної енергії із використанням сонячних елементів.
- Генерування електричної енергії із використанням концентраторів сонячного випромінення.
- Генерування електричної енергії шляхом нагрівання стисненого повітря для обертання турбін.
- Генерування електричної енергії на геосинхронній орбіті із використанням штучних супутників — орбітальної енергетичної системи.
Сонячна теплоенергетика
У сучасному світі сонячна енергія широко використовується для теплопостачання, включаючи гаряче водопостачання і опалення, а також для холодопостачання, кондиціювання повітря, висушування та в інших технологічних процесах.
Системи сонячного теплопостачання класифікуються наступним чином:
- системи «активного» сонячного теплопостачання, що використовують «активні» установки на основі сонячних колекторів з циркуляцією теплоносія, в якості якого можуть застосовуватися рідина (вода, розчини солей) і газ (повітря);
- системи «пасивного» сонячного опалення, в яких різні конструкційні елементи споруд використовуються в ролі теплоприймачів сонячної енергії;
- комбіновані системи сонячного теплопостачання, в яких використані елементи «пасивного» і «активного» сонячного теплопостачання.
Приклади прямого використання теплової енергії від сонячного світла:
- Обігрівання будівель через систему пасивного обігріву.
- Нагрівання продуктів харчування в сонячних печах.
- Нагрівання води або повітря для господарчих потреб в геліоколекторах.
- Нагрівання та охолодження повітря із використанням сонячних каменів.
