1.1 Геотермальная энергия (тепло земли)

Геотермальная энергия – это собственное излучение Земли, являющееся одним из самых крупных источников энергии. Оно имеет очень высокую температуру и выделяется как теплота, и поэтому для её получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

В некоторых районах геотермальная энергия поступает к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно непосредственно использовать для производства электроэнергии [2]. 

Так, геотермальную энергию, выделяющуюся из недр Земли, используют в Исландии, где она в настоящее время составляет более 60% всей потребляемой энергии. Таким образом, за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии [3].

В России геотермальные станции используются на Камчатке и Курильских островах. Однако в связи с объективными причинами использование этого вида энергии в мире крайне ограничено [2].

1.2 Энергия ветра

Энергия ветра используется человечеством с незапамятных времен, при этом она не утратила своей актуальности, так как ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн кВт·ч в год. Этот вид энергии активно используется в странах Европы, в США [2].

Современные ветрогенераторы работают при скоростях ветра от 3-4 м/с до 25 м/с. Их мощность зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров. Но существуют и более мощные ветрогенераторы от 5,0 до 7,5 МВт [4].

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветро-генератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега, строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров, но могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания [4].

По данным на 2008 год [5], суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 120 ГВт. Так, ветряные электростанции всего мира произвели около 200 млрд. кВт·ч., что составило примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. В этой индустрии были заняты более 400 тысяч человек, а мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В Европе сосредоточено около 61 % ветряных электростанций, в Северной Америке 20 %, Азии 17 %. В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2 % от всей произведённой в Германии электроэнергии [6].

Ежегодно в Европе установленная мощность ветроагрегатов составляет 200 MW. При благоприятных условиях прирост установленной мощности может достигать 800 MW. Наиболее эффективными по наращиванию установленной мощности ветростанций являются программы стран Европы, Китая, Индии, США, Канады [8].

Стоимость ветровой энергии зависит в основном от 6 параметров:

инвестиций в производство ветроагрегата (выражается как отношение S м² – цена одного м² ометаемой площади ротора ветротурбины);

коэффициета полезного действия системы;

средней скорости ветра;

доступности;

технического ресурса [8].

За последние три десятилетия технология использования энергетических ресурсов ветра была сосредоточена на создании сетевых ветроагрегатов WECS. В этом направлении достигнуты значительные успехи. Многие тысячи современных установок WECS оказались полностью конкурентоспособными по отношению к обычным источникам энергии. Существующие электрические сети осуществляют транспортировку электроэнергии вырабатываемые ветропарками в различные регионы.

Недостатками этого источника энергии является то, что установки, производящие электроэнергию, обычно оснащены небольшими двигателями внутреннего сгорания, использующими дорогостоящее топливо, что поднимает стоимость единицы произведенной энергии [8].

В России ветровая энергетика не развита, т.к. экономика страны базируется на использовании не возобновляемых углеводородных топливно-энергетических ресурсов. При этом страна располагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе и в тех районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Побережье Северного Ледовитого океана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залива, Черного и Каспийского морей имеют высокие среднегодовые скорости ветра [3].