Энергия из шагов, волн и вулканов: пять необычных способов получения электричества

Как передвижение по мостовой может обеспечить освещение домов?

При размышлениях об «экологичной» энергии обычно представляются солнечные батареи и ветряные генераторы. Однако исследователи и специалисты во всем мире активно разрабатывают и внедряют гораздо более оригинальные источники электроэнергии. Некоторые из них скрыты в недрах земли, другие – расположены в городских условиях, а третьи позволяют использовать то, что ранее считалось бесполезным. Рассмотрим существующие в настоящее время методы получения электричества.

1. Энергия вулканов

Вулканы вулканы функционируют как огромные тепловые вентиляционные шахты, поднимая магму к поверхности. Часть этой расплавленной породы выбрасывается наружу в виде извержений, однако большая ее часть остается под землей, нагревая окружающие горные породы и воду. В местах, где нагретая вода выходит на поверхность, формируются горячие источники и гейзеры, которые могут существовать на протяжении тысячелетий.

Для использования этого источника энергии специалисты определяют места, где магматические породы расположены недалеко от земной поверхности, и осуществляют бурение глубоких скважин до нагретых пород и водных слоев. Эти скважины транспортируют пар на поверхность, который вращает турбины электростанции.

По завершении процесса генерации электроэнергии пар охлаждается и конденсируется в горячую воду. Затем эта вода может использоваться для преобразования другой жидкости с более низкой температурой кипения, например, бутана, что приводит в действие дополнительный генератор. После использования отработанная вода возвращается под землю для повторного нагрева.

Поскольку Земля непрерывно выделяет тепловую энергию, геотермальные ресурсы считаются возобновляемыми. Такие электростанции производят значительно меньше загрязнений, отходов и парниковых газов по сравнению с процессами сжигания угля, природного газа или нефти. Они способны функционировать на протяжении десятилетий и, в отличие от солнечной и ветровой энергии, обеспечивают бесперебойное энергоснабжение круглосуточно, без выходных дней.

Вулканически активные зоны, такие как Исландия и Филиппины, лидируют в сфере геотермальной энергетики. В Исландии геотермальные источники покрывают приблизительно 25% потребности страны в электроэнергии, а на Филиппинах функционирует одна из крупнейших в мире геотермальных станций – «Мак-Бан».

В числе стран, использующих данный ресурс, находится и Россия, активно развивающая геотермальную энергетику на Камчатке. В регионе функционируют Мутновская и Паужетская геотермальные электростанции. Мутновская ГеоЭС расположена у подножия действующего вулкана Мутновского и обеспечивает значительную долю электроэнергии для центрального камчатского энергоузла, включая города Петропавловск-Камчатский и Елизово. Паужетская ГеоЭС, расположенная на юге полуострова вблизи вулканов Кошелева и Камбального, обеспечивает энергией поселки Паужетка и Озерновский.

2. Тротуарная плитка

Представьте себе ситуацию, когда города могли бы генерировать электроэнергию непосредственно от движения людей по улицам. Эта концепция уже не кажется выдумкой. Специалисты разработали специальные плитки-генераторы, которые преобразуют кинетическую энергию шагов в электрический ток.

Принцип действия напоминает работу динамо-машины на велосипеде. При нажатии на такую плитку она прогибается лишь на несколько миллиметров. Это незначительное смещение активирует миниатюрный генератор, создавая небольшой электрический импульс. Один шаг генерирует крайне мало энергии – для полной зарядки смартфона потребуется несколько тысяч нажатий. Однако, в местах с высокой проходимостью, таких как вокзалы, стадионы или танцплощадки, можно получить киловатт-часы электроэнергии.

Подобные системы уже применяются на практике. К примеру, в Лондоне их устанавливают на оживленных городских улицах, а в Рио-де-Жанейро – на спортивных площадках для футбола. Энергии, вырабатываемой «умными» тротуарами, пока достаточно для питания уличного освещения, рекламных конструкций или зарядных станций. Тем не менее, технология обладает значительным потенциалом для дальнейшего совершенствования.

3. Центры обработки данных

В современном мире данные являются ключевым ресурсом, а центры обработки данных, известные также как дата-центры, представляют собой масштабные комплексы для их хранения и обработки. Оборудование этих центров генерирует значительное количество тепла, которое традиционно отводится в атмосферу посредством мощных систем кондиционирования.

Разработаны решения, позволяющие использовать тепло, выделяемое дата-центрами, для отопления жилых зданий и производства электроэнергии. Инженеры интегрируют тепловые насосы в системы охлаждения серверов или применяют технологию, основанную на принципе паровой турбины, но использующую органический теплоноситель с низкой температурой кипения.

Горячий воздух, исходящий от серверов, нагревает воду или специальную жидкость, которая, в свою очередь, вызывает испарение органического теплоносителя. Образующийся пар приводит в действие турбину генератора. После этого пар охлаждается и конденсируется для повторения цикла.

Так, например, дата-центры крупных компаний в Финляндии обеспечивают теплом жилые дома в Мянтсяля, Манцала и Эспоо – втором по величине городе страны. Данный метод не генерирует новую энергию, а повышает эффективность использования уже существующей, формируя замкнутый энергетический цикл.

4. Разница в солености вод Мирового океана

Мировой океан представляет собой не только совокупность волн, но и колоссальную скрытую электростанцию, использующую разницу в солености воды для производства энергии. В тех районах, где реки впадают в моря, формируется значительный энергетический потенциал.

Ученые используют два метода.

Существуют два основных принципа использования этого потенциала: осмотическая энергия и реверсивный электродиализ. При осмотической энергии пресная вода стремится естественным путем смешаться с соленой через специальную мембрану, создавая высокое давление, которое может быть направлено на турбину генератора.

В случае реверсивного электролиза между слоями пресной и соленой воды располагаются мембраны, позволяющие пропускать положительные или отрицательные ионы соли. В результате разделения зарядов возникает постоянный электрический ток, который впоследствии преобразуется в переменный.

На данный момент эта технология находится на стадии разработки и представлена преимущественно пилотными проектами, реализуемыми, например, в Норвегии и Нидерландах. Основные сложности связаны с высокой стоимостью мембран и необходимостью очистки воды от примесей. Тем не менее, перспективы весьма обнадеживающие: по мнению специалистов, глобально можно было бы генерировать до 2,6 ТВт энергии, используя естественные стоки рек в океаны.

5. Энергия морских волн

Морские волны представляют собой один из наименее очевидных, но весьма многообещающих источников энергии. В качестве примера новаторского решения была разработана и запатентована инженерами Кубанского государственного технологического университета волногенерирующая электростанция.

В основе работы установки лежит специально разработанный винт, который подвергается воздействию набегающих волн. Под действием этого напора происходит поворот винта вместе с корпусом. Внутри корпуса зафиксированы два соленоида – устройства, предназначенные для преобразования механического движения в электрический ток. К ним посредством поворачивающихся рычагов прикреплены изогнутые ферромагнитные стержни. При повороте волной винта на 180 градусов он достигает ограничителя, а рычаги поднимаются. Затем, под воздействием силы тяжести, они опускаются в другой демпфер, что приводит к генерации электрического тока.

Данная технология может оказаться особенно востребованной для отдаленных прибрежных территорий, где организация стабильного централизованного электроснабжения представляет собой сложную задачу. В Российской Федерации крупные волновые станции расположены в Краснодарском крае, на озере Байкал, на Камчатке, в Крыму и на острове Сахалин.

Аналогичные волновые станции, использующие схожий принцип действия, функционируют также в Португалии, Испании, Великобритании и у берегов Западной Австралии.