Відновлювана енергетика

Зелена економіка
Концепції
Зелена економіка Відновлювана енергетика (Сонячна енергія, Гідроенергетика, Біоенергетика, Вітроенергетика, Геотермальна енергетика,Енергія морських хвиль, Воднева енергетика, Припливна електростанція) Енергетична ієрархія Енергозбереження Енергоефективність Економіка природокористування Енергетичний перехід
Політики
Збір за забруднення довкілля Податок Піґу
Динаміка
Зелений парадокс Зелені (політика)
Обмеження вуглецевих викидів
Низьковуглецева економіка Торгівля викидами Зелений тариф Вуглецевий податок Вуглецевий слід
Сталий розвиток
Сталий розвиток Індикатори сталого розвитку Стабільне місто Сталий туризм
Ефективне використання ресурсів
Ощадливе виробництво

Відно́влювана енерге́тика (англ. renewable energy industry) — енергетична галузь, що спеціалізується на отриманні та використанні енергії з відновлюваних джерел енергії.

До відновлюваних джерел енергії належать періодичні або сталі потоки енергії, що розповсюджуються в природі і обмежені лише стабільністю Землі як космопланетарного елемента: променева енергія Сонця, вітер, гідроенергія, природна теплова енергія тощо.

2013 року близько 21 % світового енергоспоживання було забезпечене з відновлюваних джерел енергії. Станом на 2018 рік, до 2040 року заплановано до 40 % світової електроенергії виробляти із відновлюваних джерел, українські плани — збільшити відсоток із 4 % до 25 % до 2035 року.

Розвиток відновлюваної енергетики має величезне значення з огляду на подальшу долю людства, оскільки горючі корисні копалини, що є основою виробництва енергії на початку XXI ст., мають обмежені запаси, які рано чи пізно буде вичерпано. Взірцевим для виживання людства був би сталий розвиток — концепція, за якою виробництво й споживання в суспільстві були б збалансовані так, щоби не залежати від ресурсів, доступних лише тимчасово.

Джерела відновлюваної енергетики

Потік сонячного проміння на Землю, який отримує енергію завдяки термоядерному синтезу в глибині Сонця — джерело більшості видів відновлюваної енергії, за винятком геотермічної енергії та енергії припливів і відпливів (див. Природні енергетичні ресурси). За розрахунками астрономів Сонцю ще залишилося жити близько п'яти мільярдів років, тому за масштабами людського життя відновлюваній енергії, що походить від Сонця, виснаження не загрожує.

Джерело: EPIA

У строго фізичному сенсі, хоча й вживається термін «відновлювана енергетика», енергія в її джерелах не відновлюється, а тільки постійно вилучається. З сонячної енергії, що прибуває на Землю, лише дуже невелика частина перетворюється на інші види енергії, а велика частина просто відбивається в космос.

Термін «відновлювана енергетика» вживається на противагу використанню енергоносіїв, таких як видобуток копалин, до яких належать, наприклад, кам'яне вугілля, нафта, природний газ або торф. У широкому розумінні ці джерела енергії теж відновлювані, але не за мірками тривалості життя людини, оскільки хід їхнього утворення вимагає сотень мільйонів років, а їхнє використання проходить набагато швидше.

Основною відмінністю відновлюваних джерел енергії є те, що вони не знищуються під час використання, на відміну від мінеральних палив, які споживаються для вироблення енергії. Застосування відновлюваної енергії людиною потребує наявності технологій використання енергії сонячного світла, вітру, морських хвиль, водних течій, біологічних процесів, таких як анаеробний розклад, біологічне вироблення водню, та геотермальних теплових джерел.

Джерело: GWEC [Архівовано 20 червня 2012 у Wayback Machine.]

Звичне використання енергії вітру, води, та сонячного світла вже дуже поширене. Однак, масове виробництво електричної енергії з використанням відновлюваних джерел енергії набуло розголосу лише нещодавно, що віддзеркалює основні загрози від зміни клімату, побоювань вичерпати мінеральне паливо, та соціальних і політичних ризиків через широке використання мінеральних палив та атомної енергетики. Зараз використання відновлюваних джерел енергії швидко зростає (на 50 % з 2004 до 2007 року), та в 2007 році досягло 3,4 % від загального виробництва електроенергії (не враховуючи велику гідроенергетику, що надає ще 15 % від загального виробництва).

Основні технології відновлюваної енергетики

Вітроенергетика

Вітроустановка

Вітер утворюється внаслідок 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 вітрове колесо з лопатями, яке передає крутний момент через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Дійсний ККД найкращих вітрових коліс досягає 45 % у разі стійкої роботи за оптимальної швидкості вітру. Існують дві принципово різні будови вітроенергетичних установок: з горизонтальною та 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 у межах 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

Гідроелектростанція в Нью-Мексико (США)

Гідроенергетика — галузь господарсько-економічної діяльності людини а також сукупність природних і штучних підсистем (гідроелектростанцій), що слугують для перетворення енергії водного потоку на електричну енергію. На цих електростанціях, як джерело енергії використовують потенційну енергію водного потоку, першоджерелом якої є Сонце, що випаровує воду, котра згодом випадає на височинах у вигляді атмосферних опадів, просочується в землю та стікає вниз, формуючи річки.

Гідроелектростанції зазвичай будують на річках, 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 течія може 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.

На 2010 рік гідроенергетика забезпечує виробництво до 76 % відновлюваної і до 16 % всієї електроенергії в світі, встановлена гідроенергетична потужність досягає 1015 ГВт. Лідерами по виробленню гідроенергії на громадянина є Норвегія, Ісландія і Канада. Найактивніше гідробудівництво на початок 2000-х веде Китай, для якого гідроенергія є основним потенційним джерелом енергії, в цій же країні розміщено до половини малих гідроелектростанцій світу.

В останні десятиріччя проводяться величезні дослідження практичного використання значного потенціалу течій в морях і океанах, які поділяють на неперіодичні, мусонні (пасатні) й припливно-відпливні. З них насамперед розглядають можливість використання енергії головних неперіодичних течій (Гольфстрім, Куросіо та ін.), загальний енергетичний потенціал яких, за різними розрахунками оцінюється від 5 до 300 млрд кВт.

Сонячна енергетика

Монокристалічний сонячний елемент

Колектор теплової енергії сонячного світла

Сонячна електроенергетика

Сонячна енергія може бути перетворена на 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 фотовольтаїка являє собою пряме перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Принцип дії фотоелектричного перетворювача ґрунтується 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 сенсі, «сонячна енергія» може позначати енергію, отриману від сонячного випромінення. Існують різні шляхи застосування енергії сонячного випромінення, в тому числі із:

• Генерування електричної енергії із використанням сонячних елементів.
• Вироблення електричної енергії із використанням концентраторів сонячного випромінення.
• Вироблення електричної енергії шляхом нагрівання стисненого повітря або іншого газу для обертання турбін.
• Генерування електричної енергії на геосинхронній орбіті із використанням штучних супутників — орбітальної енергетичної системи.

Сонячна теплоенергетика

У сучасному світі сонячну енергію широко використовують для теплопостачання, в тому числі гарячого 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, яким можуть слугувати рідина (вода, розчини солей) і газ (повітря);
• системи «пасивного» сонячного опалення, в яких різні конструкційні елементи споруд використовують у ролі теплоприймачів сонячної енергії;
• змішані 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 харчових продуктів в сонячних печах.
• Нагрівання води або повітря для господарчих потреб в геліоколекторах.
• Нагрівання та охолодження повітря із використанням сонячних каменів.
• Кондиціонування повітря тепловими насосами.

Геотермальна енергетика

Геотермальна станція на Філіппінах

Під геотермальною енергетикою розуміють промислове отримання енергії, зокрема електроенергії, з гарячих джерел, термальних підземних вод. Основним джерелом цієї геотермальної енергії слугує постійний потік теплоти з розжарених надр, направлений до поверхні Землі. Земна кора отримує теплоту в результаті тертя ядра, радіоактивного розпаду елементів, хімічних реакцій.

Розрізняють п'ять основних типів зон розподілу геотермальної енергії:

• нормальне поверхневе тепло Землі на глибині від декількох десятків до сотень метрів;
• гідротермальні системи, тобто резервуари гарячої або теплої води, у більшості випадків самовиливної;
• парогідротермальні системи — родовища пари і самовиливної пароводяної суміші;
• петрогеотермальні зони або теплота сухих гірничих порід;
• магма (нагріті до 1300 °C розплавлені гірничі породи).

Проявленням геотермальної теплоти, що має практичне значення, є запаси гарячої води і пари в підземних резервуарах на відносно невеликих глибинах і гейзери, які виходять на поверхню.

Основним показником придатності геотермальних джерел для використання є їх природна температура, за якою вони поділяються на низькотермальні води з температурою 40-70°С, середньотермальні з температурою 70-100°С, високотермальні води і пара з температурою 100—150°С, парогідротерми і флюїди з температурою вище від 150°С.

Геотермальна енергія в низці країн (Угорщина, Ісландія, Італія, Мексика, Нова Зеландія, Росія, США, Японія) широко використовують для теплопостачання та виробництво електроенергії. Так, в Ісландії за рахунок геотермальної енергії забезпечується понад чверть виробництво електроенергії.

У 2008 р. в світі встановлена потужність електрогенерувальних геотермальних установок склала близько 11 млн кВт з виробленням 55 млрд кВт·год електроенергії.

Біопаливо, біоенергетика

Детальніше: Біоенергетика, Біопаливо

ТЕЦ в муніципалітеті Мец (Франція), яка працює на відходах деревної біомаси з навколишніх лісів

Біомаса є одним з найдавніших джерел енергії, однак її використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому вогні або в печах і топках з відносно низьким ККД. Під біомасою розуміються органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності, рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів промисловості, побутові відходи.

Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово розвинених країн: у США її частка складає 4 %, в Данії — 6 %, в Канаді — 7 %, в Австрії — 14 %, в Швеції — 16 % загального споживання первинних енергоресурсів цих країн. У світі в 2004 р. встановлена потужність електростанцій на біомасі склала 39 млн кВт.

Найпоширенішими технологіями використання біомаси в біоенергетиці є:

• фізичний метод — пряме спалювання;
• хімічні методи — піроліз, газифікація, виробництво спиртів і масел для отримання моторного палива;
• мікробіологічний метод — анаеробна ферментація з утворенням метану.

Значним ресурсом для відновлюваної енергетики є використання хімічної енергії біомас. Перевагою біомас є те, що їх можна безпосередньо перетворювати в паливо для автомобілів та інших машин. Біомаса може безпосередньо вирощуватися для потреб виробництва енергії, тоді її називають біомасою третього покоління, або можуть використовувати відходи біологічної маси, призначеної для інших потреб, тоді її називають біомасою другого покоління.

Біопаливо, яке можна використовувати в транспортних засобах, виготовляють з олії, тваринних жирів, жирних відходів. За 2011 рік воно забезпечило 2,7 % споживання палива транспортом.

Резервуар для виробництва біогазу, фотоелектричні панелі й вітрогенератор

Відновлювана енергетика в світі

Згідно з даними Міжнародного енергетичного агентства, очікувалося зростання сектору відновлюваної енергетики у світі на 40 % у найближчі п'ять років (2014—2019). Нині відновлювані джерела енергії є сектором виробництва електроенергії, який зростає найшвидше у світі. До 2018 року вони, за прогнозами, займатимуть майже 25 % у глобальному енергетичному виробництві у порівнянні з 20 % у 2011 році. Зокрема, частка вітру, сонця, геотермальної та біоенергетики у виробництві електроенергії подвоїться і досягне 8 % до 2018 року, порівняно з 4 % в 2011 році. 2006 року вона становила лише 2 %.

Міжнародне енергетичне агентство попереджає, що розвиток відновлюваних джерел стає все складнішим і стикається з проблемами — особливо у макроекономічній площині. Здебільшого це пов'язано із тим, що субсидії державами традиційної енергетики ідуть на зменшення (бо уряди взяли курс на розвиток відновлюваних джерел), що не збігається з інтересами певних груп.

Інвестиції і економічне зростання в галузі відновлюваних джерел енергії прискорюються на ринках країн, що розвиваються. У таких країнах відновлювані джерела енергії допомагають задовольняти попит на електроенергію, який швидко зростає, а також слугують вирішенню питань диверсифікації постачань енергії.

За прогнозами Міжнародного енергетичного агентства, країни, що не є членами Організації економічного співробітництва та розвитку (ОЕСР), в тому числі Китай, мають забезпечити 60 % світового зростання в галузі відновлюваних джерел енергії до 2018 року. Таке швидке розгортання повною мірою компенсує уповільнення розвитку галузі в інших регіонах світу, зокрема, таких розвинених державах, як Європа та США — ринках відновлюваної енергетики, які вже сформувалися. .

За даними звіту Єврокомісії, який публікується кожні два роки, у 2013 році частка відновлюваної енергії у всьому енергетичному циклі в ЄС становила 15 %. Роком пізніше вона зросла на 0,3 %. Зростання відбувалося в усіх країнах ЄС. В планах також є збільшення до 20 % частку джерел цього виду енергоносіїв до 2020 року. Кожна країна при цьому впроваджуватиме відповідну квоту згідно із власними потребами. Євросоюзу вдається досягти таких показників насамперед за рахунок таких країн, як Швеція, Данія, Латвія, де частка відновлюваних джерел енергії складає до 42 %. Натомість як у Британії вона становить трохи більше 5 %, а у Німеччині — 9,5 % станом на 2015 р.

В Німеччині наприкінці 2018 року офіційно закрито останню шахту з видобутку кам'яного вугілля. 2018 року 40 % всієї електроенергії Німеччина отримала від сонця, вітру, біомаси та гідроелектричних станцій.

У 2020 році стало відомо, що 29 островів у Європі повністю перейдуть на енергію з відновлюваних джерел. Всі ці острови беруть участь у програмі підтримки енергонезалежності островів Clean energy for EU islands, запущеній Євросоюзом у 2019 році.

Коста-Рика виробляє з відновлюваних джерел понад 98 % електроенергії вже шостий рік поспіль. Показник у 99,78 % стане найвищим з 1986 року.

Глобальні показники відновлюваної енергетики	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021
Інвестиції в нові потужності (за рік), млрд доларів США	182	178	237	279	256	232	270	285	241	280	305	302	303,5	366
Сумарна встановлена потужність відновлюваної енергетики, ГВт ел.	1,140	1,230	1,320	1,360	1,470	1,578	1,712	1,849	2,017	2,195	2,376	2,588	2,839	3146
Сумарна встановлена потужність гідроенергетики, ГВт ел.	885	915	945	970	990	1,018	1,055	1,064	1,096	1,114	1,132	1,150	1,170	1195
Сумарна встановлена потужність вітрової енергетики, ГВт ел.	121	159	198	238	283	319	370	433	487	539	591	651	743	845
Сумарна встановлена потужність мережевих об'єктів сонячної енергетики (фотовольтаїка), ГВт ел.	16	23	40	70	100	138	177	227	303	402	505	627	760	942
Сумарна встановлена потужніст об'єктів геліоконцентрації (CSP), ГВт													6,2
Сумарна встановлена потужність водонагрівальних об'єктів сонячної енергетики, ГВт тепл.	130	160	185	232	255	373	406	435	456	472	480		501
Сумарна встановлена потужність об'єктів геотермальної енергетики, ГВт													14,1	14,5
Виробництво етанолу (за рік), млрд літрів	67	76	86	86	83	87	94	98	98.6	106	112	115	105
Виробництво біодизелю FAME+HVO (за рік), млрд літрів	12	17.8	18.5	21.4	22.5	26	29.7	30	30.8	31	34	47,5	46,5
Кількість країн з визначеними цільовими показниками використання відновлюваної енергії	79	89	98	118	138	144	164	173	176	179	169	172	165
Джерело: The Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21)–Global Status Report

Вітряк у Пирогові як прообраз вітряної електрустановки

Відновлювана енергетика в Україні

В Україні дослідженнями проблем відновлюваної енергетики займається, зокрема, Інститут відновлюваної енергетики НАНУ, Міжгалузевий науково-технічний центр, Біоенергетична асоціація України інші науково-дослідні установи та приватні підприємства.

За оцінками дослідників, загальний економічно-доцільний потенціал відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії в Україні становить, приблизно, 454.4 млрд кВт год. або 59.2 млн т у. п. на рік. Станом на 1998 рік, 3,05 % від загального обсягу споживання енергії було отримано з відновлюваних джерел енергії. Станом на 2012 рік, відновлювані джерела енергії становили лише 2 % від енергоспоживання в країні.

Україна приєдналася до Європейського енергетичного співтовариства і взяла на себе зобов'язання до 2020 року виробляти 11 % електроенергії із відновлюваних джерел енергії. Від 2009 року об'єкти відновлюваної енергетики в Україні отримали право на використання зеленого тарифу.

Обмеження наявних технологій та систем енергетики

Досвід експлуатації висвітлив переваги, проте, засвідчив і суттєві вади наявних систем енергетики. Оскільки енергетичні перетворення у системах відбуваються за допомогою масивних рухомих елементів (роторів), це обумовлює їх високу інерційність та необхідність періодичного обслуговування протягом всього строку експлуатації.

З іншого боку, наявні енергетичні об'єкти, зазвичай, є системами непрямої дії. Вони потребують подвійного і, навіть, потрійного проміжного перетворення енергії. Наприклад, у гідроелектростанціях та вітрових електростанціях механічна кінетична енергія водяного потоку або вітру спочатку обертається на кінетичну енергію роторів гідро- та вітротурбін. Внаслідок перехідних енергетичних трансформацій схеми електростанцій ускладнюються, і знижується їх виробнича ефективність (коефіцієнт корисної дії).

На додаток, велетенські енергетичні об'єкти породжують суттєві екологічні проблеми, зокрема, викиди парникових газів і забруднення довкілля у разі використання викопного органічного палива, запаси якого, до речі, на Землі швидко скорочуються. Значні капіталовкладення у фундаментальні та прикладні дослідження дозволили кількісно накопичити нові знання, втім, до цього часу не забезпечили якісного прориву у створенні енергоефективних та доступних систем відновлюваної енергії. І надалі, можливості підвищення енергоефективності великих систем будуть звужуватись через невідповідність якості конструктивних матеріалів умовам їх використання.

Розрахунки свідчать, навіть прогрес у створенні енергетичних перетворювачів, окремі удосконалення як то безгреблеві гідроелектростанції на основі напівзанурених та занурених гідротурбін; вітротурбінні гідроакумулювальні електростанції, вітротурбінні системи виробництва й постачання тепла населеним пунктам, промисловим та агропромисловим об'єктам, кількісне їх нарощування не в змозі кардинально вирішити назрілі проблеми макроскопічної енергетики в рамках класичних положень гідромеханіки та термодинаміки.

Гідравлічні та вітрові ресурси, які живлять роботу гідроелектростанцій та вітрових електростанцій, є також обмеженими і часто географічно віддаленими від місць споживання. Регулярні гідрометричні спостереження засвідчують рекордно низький приплив води на річках та обміління водосховищ у різних частинах світу. Все частіше виникають проблеми водозабезпечення посушливих місцевостей. Більшість кліматичних моделей вказують на зменшення у найближчі три десятиліття водності річок Центральної Європи, басейну Середземного моря, Центральної Америки та Бразилії.  Зміни водного режиму річок уже сьогодні негативно відбиваються на стані пов'язаних галузей економіки. У повідомленні Національної енергетичної компанії «Укренерго» йдеться про низьку водність річки Дніпро. Через низький приплив вод на річках дніпровського басейну порушується стан екосистеми, а коефіцієнт використання встановленої потужності ГЕС складає всього 30-40 %.  Наявні макроенергетичні технології не забезпечують високого рівня використання гідрологічних ресурсів, нерідко звужують технічно доступний та економічно доцільний гідрологічний потенціал. Для об'єднаної енергосистеми України виникає загроза втрати регулювальних та маневрових потужностей гідроелектростанцій. Під великим питанням залишається побудова в Україні нових потужностей, оскільки запаси вільних гідроресурсів надзвичайно вичерпуються, як не стало їх задовго до цього і в країнах Європейського Союзу.

Великі надії сьогодні пов'язано зі зростанням світової вітроенергетики, що перевершує найоптимістичніші прогнози. Будуються нові й оновлюються давні вітропарки. Віджилі вітрові турбіни замінюються сучасними, потужнішими. Загальна встановлена потужність вітрових електростанцій в країнах Європейського Союзу на кінець 2017 року становила 169 ГВт, а виробляють вони сьогодні 11,6 % всієї електроенергії. Електроенергія, що створюється вітровими електростанціями, за вартістю нині зрівнялася з електроенергією, виробленою тепловими електростанціями. Експерти завбачують чергове падіння вартості вітрової електроенергії на 24-30 % до кінця 2030 року і на 35-41 % — до кінця 2050 року. Попри те що 18-68 ТВт вітрових ресурсів, є технічно досяжними та економічно доцільними для використання, світова частка освоєного потенціалу на кінець 2018 року, становила всього 597 ГВт.

Альтернативою макроскопічній енергетиці може стати молекулярна енергетика.

Молекулярна енергетика

Докладніше: Молекулярна енергетика

Молекулярна енергетика (англ. molecular power або molecular power engineering) — складова частина електроенергетики, яка вивчає і використовує енергетичні властивості молекул, атомів, йонів, інших малих частинок рідинного та газоподібного середовищ, взаємодію цих частинок між собою, з іншими тілами а також з електричними та магнітними полями задля вироблення, передавання, накопичення, розподілу та використання електроенергії.

Електрокінетична молекулярна система енергетики з нагнітанням електроосмотичного потоку тиском плинного електроліту.

В основі молекулярної енергетики лежать атомно-молекулярний та йонно-молекулярний принципи побудови речовини. Перший принцип характеризує дискретність або перервність будови речовини, другий принцип розкриває стан електролітичних розчинів та взаємодію іонів з молекулами розчинника. Ключовими поняттями молекулярної енергетики є атом, молекула, іон, хімічний зв'язок, міжатомний та міжмолекулярний потенціали, термодинамічні потенціали. Предметом дослідження молекулярної енергетики є агрегатні стани речовини, міжфазна поверхня, поверхневі явища, процеси перенесення, перетворення та відновлення енергії, молекулярні способи (технології) та технічні засоби (системи) виробництва, накопичення, розподілу та використання електроенергії.

Двома складовими частинами молекулярної енергетики є молекулярна гідроенергетика (МГ) та молекулярна вітроенергетика (МВ).

Молекулярна гідроенергетика (англ. molecular hydropower) — наука і галузь, складова частина молекулярної енергетики, яка вивчає та використовує відновлювані енергетичні властивості молекул, атомів, йонів, інших малих частинок рідинного середовища, взаємодію цих частинок між собою, з іншими тілами а також з електричними та магнітними полями задля вироблення, передавання, накопичення, розподілу та використання електроенергії. У МГ певний об'єм рідини або розчину, розглядається як молекулярна термодинамічна система з притаманними їй фізико-хімічними параметрами та характеристиками: внутрішньою енергією, енергією на кордонах фаз, концентрацією розчиненої речовини, осмотичним тиском, хімічним потенціалом тощо. Ефективне перетворення та вивільнення енергії молекул, атомів, йонів та інших частинок рідини, скажімо, води або водних розчинів (електролітів), може бути здійснено за допомогою фізичних та хімічних поверхневих явищ, які виникають на межі фаз, зокрема, змочування, адгезії, когезії, капілярного ефекту, адсорбції, абсорбції тощо. Поряд з вище названими явищами для створення молекулярних технологій та систем гідроенергетики застосовно також фізичні явища електрокінетики, осмосу,електродіалізу, магнітогідродинаміки в рідинах та їх розчинах, а ще поєднання цих ефектів. Звідсіля витікає і поділ молекулярної гідроенергетики на гідроенергетику міжфазної поверхні, електрокінетичну гідроенергетику, гідроенергетику градієнта солоності, магнітогідродинамічну енергетику тощо.

МВ — складова частина молекулярної енергетики, що вивчає та використовує відновлювані енергетичні властивості швидких молекул, атомів, йонів, інших малих частинок газового повітряного середовища, взаємодію цих частинок між собою, з іншими тілами а також з електричними та магнітними полями з метою вироблення, накопичення, передачі та розподілу електричної енергії. Молекулярна вітроенергетика є також складовою частиною класичної вітроенергетики, в основі якої лежать закони газодинаміки (аеродинаміки), що описують рух повітря та його взаємодію з твердими тілами, а також закони аеростатики, що оцінюють рівновагу повітря та його дію на занурені в нього тіла. Для ефективного перетворення енергії молекул газової повітряної суміші в електричну енергію можна використати відомі фізичні явища: йонізації атомів та молекул активної речовини під дією швидких молекул повітря, зокрема, явище ступенево-ударної йонізації; термоелектричний ефект Зеебека — виникнення термо-ЕРС у молекулярній структурі під тепловою дією швидких молекул повітря; сорбційний ефект — виникнення термо-ЕРС у сорбційній молекулярній структурі при поглинанні швидких молекул повітря; прямий п'єзоелектричний ефект — виникнення електричних зарядів на гранях певних кристалів при деформації та зворотний магнітострикційний ефект (магнетопружний ефект Вілларі) — зміна намагніченості певних матеріалів під впливом механічних напружень. Ці фізичні явища окремо або ж у поєднанні з іншими, застосовні для створення високоефективних систем МВ. Молекулярна енергетика є альтернативою макроскопічної енергетики, у тому числі відновлюваної.

Література

Українською мовою

• Альтернативні палива з біомаси / С. М. Уминський, В. П. Чучуй, С. В. Інютін ; Мінагрополітики, Одеський держ. аграрний ун-т. — О. : ТЕС, 2014. — 375 с. : іл., табл. — Бібліогр.: с. 360—372 (143 назви).
• Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних і нетрадиційних джерел енергії України / [С. О. Кудря, Л. В. Яценко, Г. П. Душина, Л. Я. Шинкаренко та ін.]. — К., 2001. — 41 c.
• Відновлювані джерела електричної енергії (аналіз, перспективи, проекти) / І. О. Сінчук, С. М. Бойко, І. А. Луценко, Г. І. Ткаченко ; під ред. Сінчука О. М. — Кременчук: Вид-во ПП Щербатих О. В., 2013. — 102 с. : рис. — Бібліогр.: с. 187—191 (58 назв).
• Відновлювані джерела енергії (досвід Польщі для України): навч. посіб. / Р. Титко, В. М. Калініченко. — Варшава; Краків; Полтава: OWG, 2010. — 530 с. — ISBN 978-83-928382-1-0
• Вітроенергетика та енергетична стратегія / О. Ф. Оніпко, Б. П. Коробко, В. М. Мханюк. — К. : УАН, Фенікс, 2008. — 168 с.
• Глосарій технічних термінів у сфері енергоефективності та відновлюваних джерел енергії / [за ред. О. Масняка та ін.; пер з нім. О. Блащук]. — Львів: Львівська політехніка, 2019. — 212 с. — ISBN 966-941-397-0.
• Дубровін В. О. Біопалива (технології, машини і обладнання) / В. О. Дубровін та ін. — К: ЦТІ «Енергія та електрифікація», 2004, — 256с. — ISBN 966-96160-9-3
• Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Електроенергетика та охорона навколишнього середовища. Функціонування енергетики в сучасному світі / [Бурячок Т. О. та ін. ; наук. ред.: Клименко В. Н., Ландау Ю. О., Сігал І. Я.]. — Київ: [б. в.], 2013. — 391 с. : іл., табл. — Бібліогр.: с. 383—389. — 500 пр. — ISBN 978-966-8163-18-0 (читати он-лайн [Архівовано 8 грудня 2016 у Wayback Machine.])
• Енергія для всіх: техн. довід. з енергоощад. та відновних джерел енергії / Олександр Щербина. — Вид. 4-е, доп. і перероб. — Ужгород: Вид-во Валерія Падяка, 2007. — 336 с.
• Енергоефективність та відновлювані джерела енергії / Бевз С. М. [та ін.] ; під заг. ред. А. К. Шидловського ; НАН України, П-во «Укренергозбереження». — К. : Українські енциклопедичні знання, 2007. — 560 с. — (Енергетика України на початку XXI століття ; т. 4). — ISBN 978-8578-08-3
• Нетрадиційна енергетика: основи теорії і задачі: навч. посіб. / Д. Л. Дудюк, С. С. Мазепа, Я. М. Гнатишин. — Львів: Магнолія, 2008. — 188 с.
• Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії: підруч. / С. О. Кудря. — К. : НТУУ «КПІ», 2012. — 492 с.
• Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії: навч. посіб. / О. І. Соловей, Ю. Г. Лега, В. П. Розен, О. О. Ситник, А. В. Чернявський, Г. В. Курбас; за заг. ред. О. І. Солов'я. — Черкаси: ЧДТУ, 2007. — 483 с.
• Організаційні та еколого-економічні засади використання відновлюваних енергоресурсів: монографія / А. В. Прокіп, В. С. Дудюк, Р. Б. Колісник ; [за заг. ред. А. В. Прокіпа]. — Львів: ЗУКЦ, 2015. — 338 с. : іл., схеми, граф. — Бібліогр.: с. 317—337 (183 назви). — ISBN 978-617-655-116-4 : 70,00.
• Паливно-енергетичний комплекс України на порозі третього тисячоліття ; під заг. ред. А. К. Шидловського, М. П. Ковалка. — К. : Українські енциклопедичні знання. − 2001. — 398 с. — ISBN 966-7579-09-3
• Поновлювані джерела енергії: Навч. посіб. / М. І. Сиротюк ; за ред. С. І. Кукурудзи. — Л. : ЛНУ ім. І.Франка, 2008. — 248 c.
• Розвиток ринку біопалив в Україні / Калетнік Г. М. — К.: Аграрна наука, 2008. — 464 с.
• Сонячна енергетика: теорія та практика / Й. С. Мисак, О. Т. Возняк, О. С. Дацько, С. П. Шаповал ; Нац. ун-т «Львівська політехніка». — Л. : Вид-во Львів. політехніки, 2014. — 340 с.
• Список галузевих журналів відновлюваної енергетики
• Функціонування, стратегічний розвиток і регулювання відновлюваної енергетики / Трофименко О. О., Войтко С. В. ; Нац. техн. ун-т України «Київ. політехн. ін-т». — К. : [Альфа Реклама], 2014. — 179 с. : рис., табл. — Бібліогр.: с. 143—157.
• Сидоров В. І. Технології гідро- та вітроенергетики. — Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. — 166 с
• Сидоров В. І. Вітротурбінні технології гідроакумулювання / Промислова електроенергетика та електротехніка. — 2016. — № 6. — с. 14-24
• Сидоров В. І. Безгреблеві гідроелектростанції на основі занурених та напівзанурених гідротурбін / Промислова електроенергетика та електротехніка. — 2017. — № 3 (105). — с. 18-26.
• Сидоров В. І. Вітрові теплоелектростанції / Промислова електроенергетика та електротехніка. — 2018. — № 1. — С. 28–36. -SA'> № 3. — С. 34–42.
• Сидоров В. І. Від макроскопічних до молекулярних технологій відновлюваної енергії / Промислова електроенергетика та електротехніка. — 2018. — № 3. — С. 34–42.

Іноземними мовами

• Возобновляемая энергия: В 2 ч. Ч. 1. Термодинамика атмосферы и океана. Океанические электростанции / Б. А. Трошенькин; НАН Украины. Ин-т пробл. машиностроения им. А. Н. Подгорного. — Х. : Форт, 2003. — 104 c. — Библиогр.: с. 94-101.
• Возобновляемая энергия: В 2 ч. Ч. 2. Термодинамика литосферы. Геотермические электростанции / Б. А. Трошенькин; Ин-т пробл. машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины. — Х. : Форт, 2004. — 154 c. — Библиогр.: 237 назв.
• Н. М. Мхитарян. Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников. Опыт и перспективы. — К. : Наукова думка, 1999. — 320 с. — ISBN 966-00-0655-1.
• Энергетический менеджмент / Под общей ред. А. В. Праховника. — К.:ІЕЕ НТУУ «КПИ», 2001. — 472 с.

Див. також

• Відновлювана енергетика України

Цілі сталого розвитку

Ціль 1. Подолання бідності Ціль 2. Подолання голоду, розвиток сільського господарства Ціль 3. Міцне здоров'я і благополуччя Ціль 4. Якісна освіта Ціль 5. Гендерна рівність Ціль 6. Чиста вода та належні санітарні умови Ціль 7. Доступна та чиста енергія Ціль 8. Гідна праця та економічне зростання Ціль 9. Промисловість, інновації та інфраструктура Ціль 10. Скорочення нерівності Ціль 11. Сталий розвиток міст і громад Ціль 12. Відповідальне споживання та виробництво Ціль 13. Пом'якшення наслідків зміни клімату Ціль 14. Збереження морських ресурсів Ціль 15. Захист та відновлення екосистем суші Ціль 16. Мир, справедливість та сильні інститути Ціль 17. Партнерство заради сталого розвитку

• Список галузей відновлюваної енергетики за країною
• Світове споживання енергії
• Масдар — місто майбутнього
• Інститут електродинаміки НАН України
• Міжнародна агенція з відновлюваних джерел енергії
• Європейсько-українське енергетичне агентство
• Інститут відновлюваної енергетики НАН України
• Центр альтернативних та відновлюваних джерел енергії
• Українська вітроенергетична асоціація
• Сонячна енергія в Україні
• Інститут загальної енергетики
• Зелений тариф
• Зелена економіка
• Циркулярна економіка
• 100%-на відновлювана енергетика
• Всесвітня вітроенергетична асоціація
• Відновлювана енергетика в Албанії
• Безгреблева гідроелектростанція
• Безгреблева гідроелектростанція на основі напівзанурених гідротурбін
• Безгреблева гідроелектростанція на основі занурених гідротурбін
• Вітротурбінна гідроакумулювальна електростанція
• Підрозділи відновлюваної енергетики:
  • Сонячна енергетика;
  • Гідроенергетика;
  • Біоенергетика;
  • Вітроенергетика;
  • Геотермальна енергетика;
  • Енергія морських хвиль;
  • Воднева енергетика;
  • Припливна електростанція

• Відновлювані джерела енергії
  • Гідроенергія (енергія річок, припливів і відпливів)
  • Енергія морських хвиль
  • Сонячна енергія,
  • Біомаса,
  • Відходи,
  • Деревина,
  • Енергія вітру,
  • Геотермальні джерела,
  • Енергія вітру,
  • Енергія фізичного поля
• Стале місто
• Сталий розвиток

Посилання

• Агентство з відновлюваної енергетики. [Архівовано 9 січня 2016 у Wayback Machine.]
• Башинська Ю. І. Транскордонна співпраця областей Західного регіону України у сфері відновлюваної енергетики [Архівовано 20 грудня 2016 у Wayback Machine.]
• Україна приєдналась до Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії [Архівовано 20 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Україна комунальна, 5.12.16.
• Юлія Березовська. Відновлювана енергетика. Точки зростання [Архівовано 23 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Тиждень, 6.10.2016.
• Ю. Корольчук. Відновлювана енергетика: перспективи України [Архівовано 3 листопада 2016 у Wayback Machine.] // Радіо Свобода, 14 липня 2013.
• Україна розвиває конкурентоспроможний ринок відновлюваних джерел енергії [Архівовано 20 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Урядовий кур'єр, 17.05.2016.
• Кудря С. О. Стан та перспективи розвитку відновлюваної енергетики в Україні [Архівовано 20 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Вісник Національної академії наук України. — 2015. — № 12. — С. 19-26.
• У пошуках чистої енергії [Архівовано 21 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Пробудись! 8 березня 2005.
• Добування енергії з надр землі [Архівовано 21 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Пробудись! 8 серпня 2002.
• Maidan Wiki: Енергетика — збірка гіперпосилань на ресурси про енергетику взагалі, та відновлювану енергетику зокрема.
• Аналітичні матеріали Біоенергетичної асоціації України [Архівовано 22 грудня 2015 у Wayback Machine.] — про стан та перспективи розвитку біоенергетики в світі та в Україні.
• Як люди підкоряли вітер [Архівовано 21 грудня 2016 у Wayback Machine.] // Пробудись! 22.11.2004.
• (англ.) (кит.) (рос.) International Energy Agency [Архівовано 22 лютого 2011 у Wayback Machine.] — Міжнародне енергетичне агентство (МЕА), що об'єднує 26 держав.
• (англ.) International Information on Renewable Energy — інформаційний центр CADDET.
• (англ.) (нім.) (рос.) INFORSE — International Network for Sustainable Energy — міжнародна мережа неурядових організацій зі стійкої енергетики, важливою складовою якої є відновлювана енергетика.
• (англ.) Office of Energy Efficiency & Renewable Energy (EERE) [Архівовано 9 липня 2016 у Wayback Machine.] — Офіс енергоефективності та відновлюваних джерел енергії Міністерства енергетики США.
• (англ.) National laboratory of the U.S. Department of Energy (NREL) [Архівовано 29 січня 2011 у Wayback Machine.] — Національна лабораторія з дослідження відновлюваної енергії США. Провідний центр з питань відновлюваної енергетики.
• (англ.) The Renewable Resource Data Center (RReDC) [Архівовано 24 листопада 2014 у Wayback Machine.] — Центр обробки даних про відновлювані ресурси в США, надає доступ до великої кількості інформації, різних публікацій, гео-інформаційних систем.
• (англ.) (нім.) (фр.) The European Forum for Renewable Energy Sources (EUFORES) [Архівовано 3 березня 2021 у Wayback Machine.] — Європейський форум з відновлюваних джерел енергії, незалежна, неприбуткова організація, що сприяє використанню відновлюваної енергії.
• (англ.) Renewable Energy Focus [Архівовано 16 травня 2008 у Wayback Machine.] — журнал, присвячений відновлюваній енергетиці.