Les énergies alternatives du futur. Énergie du futur : réalité et fantasme

En 1872, l'inventeur russe Alexander Lodygin a créé une ampoule à incandescence, mais à cette époque, il ne pouvait même pas imaginer qu'à partir de la seconde moitié du 20e siècle, les centrales électriques des types habituels ne seraient pas en mesure de répondre aux besoins croissants de l'humanité sans nuire à l'environnement. Et il ne s'agit même pas d'éclairer les locaux d'habitation, car dans de nombreux pays, les lampes halogènes sont déjà devenues un standard et une technologie encore plus économe en énergie est en route - les LED. La principale raison de la croissance rapide de la consommation d'électricité sur la planète est l'émergence de tout nouveaux types d'appareils qui consomment des gigawatts d'électricité. Tout d'abord, nous parlons de datacenters et de véhicules électriques.

Les centres de données - les technologies informatiques d'aujourd'hui - non seulement consomment autant d'électricité qu'un quartier résidentiel entier de la ville, mais génèrent également d'énormes quantités de chaleur. En outre, il est difficile d'imaginer à quel point le niveau de consommation d'énergie des voitures électriques augmentera dans un avenir très proche - des développements très prometteurs, mais jusqu'à présent inadaptés à une utilisation généralisée. Ces problèmes forcent les meilleurs esprits de notre époque à rechercher de nouvelles façons rentables de produire de l'électricité qui minimisent l'impact négatif sur la biosphère. De nombreuses technologies sont déjà activement exploitées sur tous les continents. Sur la base d'autres, seules des installations expérimentales ont été créées jusqu'à présent - leurs créateurs doivent encore prouver la rationalité de leurs idées. Mais, peut-être, l'avenir de notre planète réside précisément dans les méthodes les plus fantastiques.

Énergie solaire

L'énergie solaire implique l'utilisation directe du rayonnement solaire pour générer de l'énergie sous n'importe quelle forme. Comme le vent, le soleil est une source renouvelable.

Les cellules solaires à base de cellules photovoltaïques qui convertissent l'énergie des photons en électricité ne génèrent aucun déchet nocif. Leur principal avantage est la possibilité de combiner avec des moteurs thermiques, ce qui vous permet de fournir à une personne non seulement de l'électricité, mais également du chauffage et de l'eau chaude. First Solar, Suntech et Sharp sont les trois leaders du marché des cellules photoélectriques. Les centrales solaires (SPP) sont très répandues en Allemagne, en Espagne et au Japon. Malheureusement, le solaire ne représentait que 0,1% de l'électricité mondiale en 2010, car cette méthode a ses inconvénients. Les panneaux solaires sont chers (la production de cellules solaires à haut rendement nécessite des coûts considérables), en outre, leur efficacité dépend directement de la météo et de l'heure de la journée. De plus, les cellules solaires à base de cadmium sont difficiles à recycler. Néanmoins, les cellules solaires miniatures ont récemment été largement utilisées en électronique.

Obtenir de l'électricité à partir des vagues

La puissance des vagues était admirée par les anciens poètes et philosophes grecs. Les spécialistes modernes sont plus pratiques : ils utilisent l'énergie des vagues non seulement pour produire de l'électricité, mais aussi pour dessaler l'eau dans les régions au climat trop sec. En théorie, l'eau a beaucoup plus d'énergie cinétique que l'air, ce qui permet de recevoir beaucoup plus d'électricité. L'équipement pour la construction de centrales houlomotrices est conçu par Marine Current Turbine, Wavegen, Ocean Power Delivery et d'autres entreprises. De telles solutions sont idéales pour les pays avec un long littoral maritime et de fortes rafales de vent. Par exemple, la centrale houlomotrice d'Oyster au Royaume-Uni utilise l'électricité générée pour produire de l'hydrogène et de l'aluminium.

Hydrogène et sulfure d'hydrogène

L'hydrogène est une source d'électricité totalement sans déchets, car à la suite de sa combustion, en plus d'une grande quantité de chaleur, seule de l'eau (H2O) est libérée - une substance naturelle et totalement inoffensive pour l'environnement. Les principales entreprises automobiles - Daimler, Honda, General Motors, Hyundai et Fiat - produisent déjà des voitures équipées d'un moteur à combustion interne capable de fonctionner à l'hydrogène. Le Japon se prépare à mettre en service le premier train à hydrogène au monde et l'Allemagne a déjà livré au convoyeur des sous-marins de classe U-212 équipés de piles à combustible à hydrogène Siemens. Aux États-Unis, la construction de centrales à hydrogène FutureGen de 275 MW est en cours ; la Chine prépare sa réponse : la centrale GreenGen avec une capacité double.

Les deux projets utilisent la technologie de gazéification du charbon, qui est actuellement la moins chère - 2 $ (16 hryvnia) par kilogramme d'hydrogène. Le sulfure d'hydrogène (H2S) sert également de matière première pour sa production - dans les eaux profondes des mers et des océans, sa concentration est très élevée. La conversion du sulfure d'hydrogène en hydrogène permettra non seulement d'obtenir de gros volumes de carburant pour les véhicules et les centrales électriques, mais aussi d'éviter une augmentation de la concentration de cette substance toxique dans les eaux marines.

L'énergie de l'espace

Toutes les sources alternatives d'électricité décrites précédemment ont dépassé depuis longtemps le stade des installations expérimentales et fonctionnent réellement, apportant des avantages tangibles.

Cependant, cette option ne l'est pas : elle balance toujours sur une ligne fine entre les œuvres des classiques de la science-fiction et les dernières technologies.

On parle d'énergie spatiale. Cette industrie est étroitement liée à l'énergie solaire, car elle utilise des cellules solaires similaires à base de cellules photovoltaïques. Il n'y a qu'une différence : la taille gigantesque des cellules solaires doit se situer dans l'orbite terrestre, d'où le courant généré sera transmis sous forme d'ondes radio. La difficulté de mener des expériences pratiques entrave le développement rapide de ce type d'ingénierie énergétique, car seuls les pays qui ont leurs propres cosmodromes peuvent se permettre de lancer des installations d'essais en orbite. De plus, on ne sait pas encore exactement comment les ingénieurs prévoient de minimiser les dommages causés par les gigawatts d'énergie, qui, sous forme d'ondes radio, se précipiteront dans l'atmosphère terrestre, qui est déjà fortement surchargée de télévision par satellite et de communications cellulaires. En général, l'énergie spatiale est encore plutôt une expérience, et dans les décennies à venir, elle devra démontrer son potentiel. Mais il est déjà clair que bientôt l'humanité n'aura plus assez d'électricité produite uniquement sur Terre - elle devra chercher ses sources en dehors de la planète.

Obtenir de l'électricité à partir de biocarburants

Schéma d'une voiture fonctionnant au biogaz et au carburant conventionnel C'est une erreur d'appeler biocarburant uniquement les produits de la transformation des tiges et des graines de plantes. En fait, les humains utilisent le biocarburant solide le plus simple depuis l'aube de la civilisation. Il s'agit bien sûr de l'arbre. Or le bois est de moins en moins consommé : c'est une matière trop précieuse. Elle a été remplacée par des briquettes de copeaux pressés. Mais l'avenir n'est pas encore pour les biocarburants solides, mais pour les biocarburants liquides.

Le bioéthanol est obtenu en transformant le colza, le maïs et la canne à sucre, le biométhanol est obtenu à partir de la fermentation du phytoplancton et le biodiesel est obtenu à partir de graisses animales et végétales. Le plus souvent, le biocarburant est utilisé comme substitut de l'essence, mais dans de nombreux pays, les centrales thermiques (TPP) y sont passées du fioul et du charbon. Le bioéthanol, dont la production est concentrée au Brésil et aux États-Unis, couvre 1,5 % de la demande mondiale de carburant liquide. Ce chiffre peut sembler faible, mais les principaux analystes estiment que la fermeture de tous les biocarburants entraînera une augmentation de 15 % du coût du baril de pétrole. En 2010, l'Union européenne a introduit une normalisation unifiée des biocarburants - EN-PLUS.

Mais même dans le cas de cette source d'énergie, ce n'était pas sans négativité. La communauté mondiale s'inquiète de la consommation croissante de biocarburants, car les champs aux terres fertiles sont de plus en plus ensemencés non pas avec des cultures vivrières (blé, seigle ou riz), mais avec du colza.

Technologies expérimentales en fonctionnement

Il existe de nombreux projets d'énergie verte qui ont un grand potentiel mais sont encore en cours de développement. L'un des plus prometteurs aujourd'hui est la production de biocarburants de troisième génération résultant du traitement d'un type spécial d'algues à haute teneur en huile. En termes de caractéristiques énergétiques, ils sont nettement supérieurs aux autres matières premières. De telles algues ne sont pas répandues dans leur milieu naturel, mais elles se développent très rapidement dans des réservoirs artificiels. Cependant, la principale difficulté technologique réside dans le fait que les algues sont très sensibles aux changements de température - elle doit être maintenue à un certain niveau sans fluctuations même minimes.

Antimatière

Un vieux rêve des scientifiques est d'obtenir de l'antimatière. Toute substance est constituée de particules et l'antimatière est constituée d'antiparticules. Ces deux substances sont complètement opposées: dans la matière ordinaire, les protons dans un atome ont une charge positive et les électrons ont une charge négative, dans l'antimatière tout est inversé - les antiprotons avec une charge négative et les positons avec une charge positive. Les particules d'antimatière et de matière ordinaire s'annihilent au contact - elles disparaissent et une énorme quantité d'énergie est libérée en même temps. Une tonne d'antimatière pourrait couvrir les besoins énergétiques annuels de la planète entière.

Réservation et stockage d'électricité

Un excès d'énergie générée à un moment et un manque d'énergie à un autre sont caractéristiques de toutes, sans exception, les sources instables - vent, soleil, vagues, etc.

En théorie, il existe une solution assez simple à ce problème : utiliser des piles. Mais en pratique, tout est beaucoup plus compliqué qu'il n'y paraît à première vue.

La nécessité d'utiliser des batteries augmente considérablement le coût d'un mégawatt d'électricité produite.

Aujourd'hui, les batteries plomb-acide, nickel-hydrure métallique, lithium-ion et lithium-polymère sont largement utilisées. Le plomb-acide, le plus répandu dans le monde, se distingue par une CEM élevée (force électromotrice) et une large plage de températures de fonctionnement (de –40 à +40 ° C). Ils sont le plus souvent utilisés comme sources d'électricité de secours. Mais en faveur des batteries lithium-ion et lithium-polymère, leur taille miniature et leur facilité d'entretien parlent. Mais il convient de noter qu'ils sont sujets aux effets du vieillissement et que leur cycle de vie est médiocre.

Conclusion

Malgré des investissements importants dans le développement de sources d'énergie alternatives, elles couvrent désormais moins de 1 % des besoins humains mondiaux en électricité. Mais cet indicateur augmente régulièrement chaque année en raison de la baisse rapide du coût d'un mégawatt d'électricité généré par de telles méthodes. À l'heure actuelle, la Chine, les États-Unis, le Royaume-Uni et l'Inde investissent le plus dans le développement des énergies propres. D'ici 2020, les investissements mondiaux dans les énergies renouvelables devraient atteindre 1 700 milliards de dollars.

Aujourd'hui, le monde entier s'alimente en électricité grâce à la combustion de charbon et de gaz (combustibles fossiles), l'exploitation des flux d'eau et le contrôle des réactions nucléaires. Ces approches sont assez efficaces, mais à l'avenir, nous devrons les abandonner pour nous tourner vers une direction telle que l'énergie alternative.

Une grande partie de ce besoin est due au fait que les combustibles fossiles sont limités. De plus, les méthodes traditionnelles de production d'électricité sont l'un des facteurs de pollution de l'environnement. Alors le monde a besoin d'une alternative "saine".

Nous proposons notre version du TOP des méthodes non conventionnelles de production d'énergie, qui pourraient à l'avenir remplacer les centrales électriques habituelles.

7ème place. Énergie distribuée

Avant d'envisager des sources d'énergie alternatives, examinons un concept intéressant qui, à l'avenir, est capable de changer la structure du système énergétique.

Aujourd'hui, l'électricité est produite dans de grandes stations, acheminée vers les réseaux de distribution et fournie à nos foyers. L'approche distribuée implique une abandon de la production électrique centralisée... Ceci peut être réalisé par la construction de petites sources d'énergie à proximité immédiate d'un consommateur ou d'un groupe de consommateurs.

Les éléments suivants peuvent être utilisés comme sources d'énergie :

centrales électriques à microturbines;
centrales électriques à turbine à gaz;
chaudières à vapeur;
panneaux solaires;
éoliennes;
pompes à chaleur, etc...

Ces mini-centrales pour la maison seront connectées au réseau général. L'énergie excédentaire y circulera et, si nécessaire, le réseau électrique peut compenser le manque d'électricité, par exemple, lorsque les panneaux solaires fonctionnent moins bien en raison d'un temps nuageux.

Cependant, la mise en œuvre de ce concept aujourd'hui et dans un avenir proche est peu probable, si l'on parle d'échelle mondiale. Ceci est principalement dû au coût élevé de la transition d'une énergie centralisée à une énergie distribuée.

6ème place. Énergie d'orage

Pourquoi produire de l'électricité quand vous pouvez simplement la « capter » à partir de rien ? En moyenne, un coup de foudre représente 5 milliards de joules d'énergie, ce qui équivaut à brûler 145 litres d'essence. Théoriquement, les centrales orageuses réduiront considérablement le coût de l'électricité.

Tout ressemblera à ceci : les stations sont situées dans des régions où l'activité orageuse est accrue, « collectent » les décharges et accumulent de l'énergie. Après cela, l'énergie est fournie au réseau. Il est possible d'attraper la foudre à l'aide de paratonnerres géants, mais le problème principal demeure : accumuler autant d'énergie de foudre que possible en une fraction de seconde. Au stade actuel, on ne peut pas se passer des supercondensateurs et des convertisseurs de tension, mais à l'avenir une approche plus délicate peut apparaître.

Si l'on parle d'électricité « de nulle part », on ne peut même pas rappeler les adeptes de la formation d'énergie libre. Par exemple, Nikola Tesla à un moment en apparence a fait la démonstration d'un dispositif permettant d'obtenir du courant électrique à partir de l'éther pour faire fonctionner une voiture.

5ème place. Combustion de carburants renouvelables

Au lieu du charbon, les centrales électriques peuvent brûler le soi-disant " biocarburant ". Il s'agit de matières premières végétales et animales transformées, de déchets d'organismes et de certains déchets industriels d'origine organique. Les exemples incluent le bois de chauffage commun, les copeaux de bois et le biodiesel, que l'on trouve dans les stations-service.

Dans le secteur de l'énergie, les copeaux de bois sont les plus couramment utilisés. Il est récolté dans les industries de l'exploitation forestière ou du travail du bois. Après broyage, il est pressé en granulés de combustible et sous cette forme est envoyé à la TPP.

D'ici 2019, la Belgique devrait avoir achevé la construction de la plus grande centrale électrique qui fonctionnera aux biocarburants. Selon les prévisions, il devra produire 215 MW d'électricité. C'est suffisant pour 450 000 foyers.

Fait intéressant! De nombreux pays pratiquent la culture de la "forêt énergétique" - des arbres et des arbustes les mieux adaptés aux besoins énergétiques.

Il est encore peu probable que les énergies alternatives se développent en direction des biocarburants, car il existe des solutions plus prometteuses.

4ème place. Centrales marémotrices et houlomotrices

Les centrales hydroélectriques traditionnelles fonctionnent selon le principe suivant :

La pression d'eau est fournie aux turbines.
Les turbines se mettent à tourner.
La rotation est transmise à des générateurs qui produisent de l'électricité.

La construction d'une centrale hydroélectrique est plus chère qu'une centrale thermique et n'est possible que dans des endroits disposant de grandes réserves d'énergie hydraulique. Mais le plus gros problème est la dégradation des écosystèmes due à la nécessité de construire des barrages.

Les centrales marémotrices fonctionnent selon un principe similaire, mais utiliser la puissance du flux et du reflux pour générer de l'énergie.

Les types d'énergie alternative « de l'eau » comprennent un domaine aussi intéressant que l'énergie des vagues. Son essence se résume à la production d'électricité en utilisant l'énergie des vagues de l'océan, qui est beaucoup plus élevée que le raz de marée. La centrale houlomotrice la plus puissante aujourd'hui est Pelamis P-750 , qui génère 2,25 MW d'électricité.

Se balançant sur les vagues, ces énormes convecteurs ("serpents") se plient, à la suite desquels des pistons hydrauliques se déplacent à l'intérieur. Ils pompent l'huile à travers des moteurs hydrauliques, qui à leur tour font tourner des générateurs électriques. L'électricité qui en résulte est livrée au rivage via un câble qui longe le fond. A l'avenir, le nombre de convecteurs sera multiplié et la station pourra générer jusqu'à 21 MW.

3ème place. Stations géothermiques

Les énergies alternatives sont bien développées dans le sens géothermique. Les centrales géothermiques produisent de l'électricité en convertissant réellement l'énergie de la terre, ou plutôt l'énergie thermique des sources souterraines.

Il existe plusieurs types de centrales de ce type, mais dans tous les cas, elles reposent sur le même principe de travail: la vapeur d'une source souterraine monte dans le puits et fait tourner une turbine reliée à un générateur électrique. Aujourd'hui, la pratique est répandue lorsque l'eau est pompée dans un réservoir souterrain à une grande profondeur, où elle s'évapore sous l'influence de températures élevées et pénètre dans les turbines sous forme de vapeur sous pression.

Les zones avec un grand nombre de geysers et de sources thermales ouvertes, qui sont chauffées par l'activité volcanique, sont les mieux adaptées à des fins d'énergie géothermique.

Donc, en Californie il y a tout un complexe géothermique appelé " Geyser ". Il regroupe 22 centrales générant 955 MW. La source d'énergie dans ce cas est une chambre magmatique de 13 km de diamètre à une profondeur de 6,4 km.

2ème place. Les centrales éoliennes

L'énergie éolienne est l'une des sources les plus populaires et les plus prometteuses pour produire de l'électricité.

Le principe de fonctionnement d'une éolienne est simple :

sous l'influence de la force du vent, les pales tournent ;
la rotation est transmise au générateur ;
le générateur génère du courant alternatif ;
l'énergie résultante est généralement stockée dans des batteries.

La puissance d'une éolienne dépend de l'envergure des pales et de sa hauteur. Par conséquent, ils sont installés dans des zones ouvertes, des champs, des collines et dans la zone côtière. Les installations avec 3 lames et un axe de rotation vertical fonctionnent le plus efficacement.

Fait intéressant! En fait, l'énergie éolienne est une forme d'énergie solaire. Cela s'explique par le fait que les vents se produisent en raison du réchauffement inégal de l'atmosphère et de la surface de la terre par les rayons du soleil.

Vous n'avez pas besoin de connaissances approfondies en ingénierie pour fabriquer une éolienne. Ainsi, de nombreux artisans ont pu se permettre de se déconnecter du réseau électrique général et de passer aux énergies alternatives.

Vestas V-164 est l'éolienne la plus puissante à ce jour. Il génère 8 MW.

Pour la production d'électricité à l'échelle industrielle, des parcs éoliens sont utilisés, constitués de nombreuses éoliennes. La plus grande est la centrale électrique " Alto "Situé en Californie. Sa capacité est de 1550 MW.

1ère place. Centrales solaires (SES)

L'énergie solaire a les plus grandes perspectives. La technologie de conversion du rayonnement solaire à l'aide de cellules solaires se développe d'année en année, devenant de plus en plus efficace.

L'idée d'exploiter les vagues de la mer pour générer de l'énergie n'est pas entièrement nouvelle : une demande de brevet pour le moulin à vagues a été déposée dès 1799. À la fin du XIXe siècle, ils ont appris à convertir l'énergie cinétique des vagues en électricité - et ce n'est qu'en 2008 que la première centrale houlomotrice a été lancée au Portugal. Sa capacité était faible - seulement 2,25 MW - mais le potentiel de l'énergie houlomotrice a été apprécié à sa juste valeur, et maintenant des projets similaires sont créés dans une douzaine de pays, dont la Russie.

Selon les scientifiques, à l'avenir, l'énergie houlomotrice s'avérera plus rentable que l'énergie éolienne (la puissance spécifique des vagues est supérieure d'un ordre de grandeur à la puissance spécifique du vent), et les pays riverains des mers pourront produire jusqu'à 5 % d'électricité à partir des vagues.

L'énergie des virus

Imaginez que les virus - des parasites microscopiques porteurs de maladies - peuvent être une bonne source d'énergie. Des scientifiques du Lawrence National Laboratory (USA) ont réussi à les adapter à une telle utilisation. Le virus bactériophage modifié par eux, appelé M13, crée une charge électrique lorsqu'il touche la surface "infectée" par celui-ci. Autrement dit, pour en tirer de l'électricité, il suffit de faire glisser son doigt, par exemple, sur l'écran de son smartphone - professionnel ! Certes, la charge maximale que les scientifiques ont réussi à obtenir à partir du M13 était le quart d'une pile AAA. Cependant, ce n'était que la première percée de la microénergie : les scientifiques pensent que son potentiel est bien plus grand.

Biocarburants à base d'algues

Une autre solution tout aussi ingénieuse était l'utilisation de la végétation aquatique comme combustible. L'énergie ainsi obtenue est difficilement comparable en volume à l'énergie issue de la production de pétrole et de gaz, mais elle pourra résoudre le problème de la pollution de l'eau, qui s'aggrave chaque année dans de nombreux pays. Disons au Japon. Le gouvernement du pays alloue chaque année des sommes considérables pour nettoyer la côte des algues - leur traitement permettra au moins de récupérer l'argent dépensé.

Comment les algues se transforment-elles en carburant ? La première étape consiste à placer la végétation récoltée dans un réservoir. Ensuite, avec l'aide de bactéries spéciales, le processus de fermentation y commence. Pendant la fermentation, du méthane est libéré, qui est finalement envoyé à un générateur électrique.

Comme vous pouvez l'imaginer, l'énergie obtenue à partir des algues n'est pas suffisante pour essayer de lui fournir des bâtiments résidentiels - cependant, elle est plusieurs fois supérieure à l'énergie de toutes les autres sources de combustible biologique et est relativement facile à obtenir. Cela signifie qu'ils se tourneront vers elle de plus en plus souvent.

Potentiel énergétique de l'océan mondial

L'énergie des vagues et les algues ne sont que quelques-unes des sources d'énergie disponibles à partir de l'océan. Les autres sont moins populaires - mais non moins prometteurs :

L'énergie des marées. Pour l'obtenir, des centrales marémotrices sont utilisées. Des installations similaires existent déjà dans une dizaine de pays, dont la Russie. Selon les scientifiques, cette source est légèrement inférieure à l'énergie des vagues.

Énergie des courants. Pouvez-vous imaginer combien d'énergie, disons, le Gulf Stream pourrait générer ? Et n'essayez pas : beaucoup. Jusqu'à présent, le Royaume-Uni et les États-Unis sont engagés dans le développement de cette direction. Aux États-Unis, d'ailleurs, une turbine de 400 kW a déjà été développée.

Energie du gradient de température de l'eau de mer. Ou simplement l'énergie dérivée de la différence entre la température de l'eau en surface et en profondeur. Une source relativement nouvelle, principalement recherchée par les États-Unis. Le potentiel n'a pas encore été pleinement exploré.

L'énergie osmotique. Aussi appelée énergie de diffusion des liquides, elle est produite là où le sel et l'eau douce se mélangent. La seule centrale électrique de ce type a été construite en Norvège pour le moment.

N'oubliez pas la soi-disant énergie du flux d'eau. Rien de nouveau : les centrales hydroélectriques que vous connaissez sont engagées dans son développement.

L'énergie de l'intérieur de la terre

Le pétrole et le gaz ne sont pas les seules raisons de forer la terre : la géothermie, ou l'énergie de l'intérieur de la terre, pourrait un jour leur concurrencer. Pour l'obtenir, des stations géothermiques sont utilisées. Installées à proximité des volcans, ces installations fournissent avec succès de l'énergie à l'Islande, au Japon, à l'Indonésie et à plusieurs autres pays. En même temps, le magma lui-même n'est pas utilisé par eux : l'énergie est fournie par l'eau bouillante comme celle qui jaillit à la surface dans les geysers.

Le potentiel énergétique du sous-sol n'est pas aussi élevé que celui des sources ci-dessus. Mais ce type d'énergie convient aux pays enclavés.

Énergie de fusion

Quelle que soit la quantité d'énergie alternative qui utilise les processus naturels qui se déroulent sur la planète, la source d'énergie la plus puissante sera entièrement artificielle. Ce sera ITER - le réacteur thermonucléaire expérimental international, capable de reproduire les processus qui se déroulent à l'intérieur des étoiles.

Initialement, le lancement d'ITER était prévu pour 2016, mais maintenant les dates sont décalées au début des années 30. De plus, il sera possible de raccorder l'installation au réseau électrique d'ici 2040 au plus. Cependant, le résultat est à la hauteur des attentes : l'énergie libérée lors de la fusion thermonucléaire devrait suffire à plusieurs pays.

Ils ont commencé à parler de l'abandon de l'exploitation minière il y a plusieurs décennies. Les réserves disponibles de pétrole, de gaz et de charbon ne dureront pas longtemps pour les terriens, l'efficacité énergétique doit donc être améliorée. Une autre raison est les problèmes environnementaux qui sont ressentis par tous les habitants de la planète. Mais pour abandonner les sources d'énergie classiques, il est nécessaire de leur trouver une alternative - sinon plus rentable, du moins comparable en efficacité. Que proposent les scientifiques à la place du gaz, du pétrole et du charbon ?

1. Les stations solaires spatiales collectent plus d'énergie solaire que les stations au sol

Rendre l'énergie solaire économique est délicat à cause de l'atmosphère terrestre, l'intensité de l'éclairement solaire est insuffisante. L'une des solutions au problème est de construire des « fermes solaires » spatiales qui capteront le rayonnement solaire « sous sa forme pure » et transmettront l'énergie accumulée à la Terre à l'aide de faisceaux laser ou de micro-ondes. Le problème est le prix - il dépasse le prix raisonnable. Mais à l'avenir, les panneaux solaires seront plus efficaces, le coût de lancement des navires et des cargaisons en orbite diminuera et les « fermes solaires spatiales » pourraient bien être en mesure de nous fournir de l'énergie.

Diagramme montrant la différence entre le nombre de rayons frappant une station terrienne solaire (à gauche) et une station spatiale (à droite).

Concept d'une station qui recueillerait l'énergie du Soleil, paternité de la NASA

2. L'énergie humaine charge les gadgets

Des systèmes qui peuvent être chargés de puissance musculaire existent déjà. Mais une personne produit un nombre énorme de mouvements qui - en théorie - pourraient être transformés en énergie. Relativement parlant, maintenant vous passez votre doigt sur l'écran du smartphone "en vain" - mais vous pourriez charger le smartphone dans le processus. Si l'appareil peut compter le nombre de pas et réagir au mouvement, pourquoi ne peut-il pas être chargé en déplaçant vos doigts ? Les scientifiques étudient ce problème, mais il n'y a pas encore de résultats ou de prototypes de dispositifs d'auto-charge.

3. Les marées sont une autre source d'énergie

Des centaines d'entreprises travaillent dans l'énergie marémotrice, et l'énergie des vagues dans certaines régions est utilisée à des fins pratiques. Ainsi, en Australie, certaines usines de dessalement sont entièrement alimentées en énergie grâce au flux et au reflux.

4. L'hydrogène est bon marché et respectueux de l'environnement

Auparavant, les navettes de la NASA s'alimentaient avec ce type particulier de carburant. Le problème est que, bien que l'hydrogène soit l'élément le plus abondant dans l'espace, il n'existe sur Terre que sous forme de composés. Cela signifie que pour obtenir un élément pur, vous devez dépenser de l'énergie. Mais après cela, il peut être "emballé" dans des piles à combustible et utilisé aux fins prévues. Honda, par exemple, fabrique des voitures qui fonctionnent à l'énergie de ces "cellules à hydrogène". Des stations de ravitaillement en hydrogène sont en cours de construction en Californie (États-Unis), en Corée du Sud et en Allemagne.

5. Énergie géothermique - énergie de lave

La lave produit 27% de l'énergie aux Philippines et 30% de l'énergie en Islande. En Islande, ils ont récemment découvert une source d'énergie géothermique abrupte - un lac de magma souterrain, et l'efficacité de la production d'énergie géothermique a été multipliée par 10.

C'est un système rentable, mais trop dépendant des caractéristiques géologiques de la région. Le magma, contrairement au gaz ou au pétrole, ne peut pas être pompé par un pipeline.

6. Déchets nucléaires - les vieilles barres d'uranium peuvent être réutilisées

Dans la conception d'une centrale nucléaire "classique", les barres d'uranium sont immergées dans l'eau et, à la fin de leur durée de vie, seuls 5% des atomes d'uranium sont utilisés - les 95% restants sont mis au rebut avec l'étiquette "déchet nucléaire" . La nouvelle technologie consiste à immerger les crayons dans du sodium liquide et modifiera le rapport des ressources utilisées et inutilisées : 5 % de l'uranium sera gaspillé et 95 % se transformera en énergie. De plus, dans de tels réacteurs, vous pouvez réutiliser les barres radiées des centrales nucléaires de la génération précédente. Hitachi a déjà construit de nouveaux "réacteurs rapides" et les vend, mais une telle centrale est très coûteuse à construire. De plus, le monde se méfie toujours des centrales nucléaires - tout le monde se souvient de plusieurs accidents majeurs, dont la catastrophe de la centrale nucléaire de Tchernobyl.

7. Panneaux solaires transparents (fenêtres)

L'Allemagne, où le climat n'est pas trop différent de celui de l'Ukraine, est engagée dans la production d'énergie solaire. Les coûts de fabrication des batteries diminuent, tandis que l'efficacité et la popularité augmentent. De plus, des scientifiques de Los Angeles ont mis au point des panneaux solaires transparents montés directement sur les vitres. La technologie est chère, mais dans les 2-3 prochaines années, elle deviendra suffisamment moins chère pour que la proposition soit économiquement viable.

8. Biocarburants à base d'algues

Depuis 11 ans - de 2002 à 2013 - la production de biocarburants a augmenté d'environ 500 %. La raison en est le besoin d'éthanol (alcool) et de biodiesel, qui sont ajoutés au carburant. Selon l'idée d'Henry Ford, l'inventeur de la voiture moderne, le moteur était censé fonctionner à l'éthanol. Mais alors, juste à ce moment-là, de nombreux nouveaux gisements de pétrole ont été découverts, et c'était très bon marché. Ce n'est pas le carburant le plus rentable en ce moment, et l'éthanol fait un retour en force. Le problème avec le biocarburant "classique" - l'éthanol - est que les mêmes matières premières et les mêmes terres sont utilisées pour sa production que pour la culture vivrière. C'est-à-dire que l'industrie de l'énergie commence à concurrencer l'industrie alimentaire.

Vous pouvez résoudre ce problème à l'aide d'algues. Sans prétention, à croissance rapide, vous permettant d'extraire facilement les composants nécessaires et le "résidu sec" à traiter et à utiliser pour faire pousser une nouvelle récolte d'algues.

9. Les éoliennes volantes - la renaissance d'une technologie ancienne

L'utilisation de l'énergie éolienne est une technologie classique. Mais son efficacité peut être considérablement augmentée et l'énergie peut être extraite partout dans le monde, et pas seulement dans les régions au relief favorable. Pour que les « éoliennes » soient efficaces, une puissance éolienne importante est nécessaire. Et le problème est résolu simplement : il suffit d'élever l'éolienne de 300 à 600 mètres au-dessus du niveau de la mer, là où les flux d'air sont plus forts et plus stables. Les premières « éoliennes volantes » seront installées en Alaska. Structurellement, il s'agit d'un dirigeable avec une turbine montée. Si le vent est trop fort, un tel moulin à vent "se gare" tout seul au sol. Et l'automatisation lui permettra de choisir la position optimale dans l'espace.

10. La fusion thermonucléaire est une source d'énergie presque infinie

La fusion nucléaire est sûre car, contrairement à un réacteur nucléaire, elle connectera les atomes plutôt que de les diviser. Il existe un projet international pour le développement d'un réacteur thermonucléaire - ITER, auquel les pays de l'UE (officiellement déclarés dans leur ensemble dans le cadre de ce projet), ainsi que la Chine, l'Inde, la Russie, la République de Corée, les États-Unis , le Kazakhstan et le Japon ont adhéré. Le projet existe depuis 25 ans et la conception technique de la conception technique du réacteur est achevée depuis longtemps. En 2013, la construction a commencé en France. D'ici 2020, les scientifiques prévoient de commencer les premières expériences avec le plasma.

En parallèle, certaines organisations commerciales mènent leurs propres recherches dans le même sens. En cas de succès, le monde sera alimenté par une énergie bon marché et pratiquement sans fin.

Comment obtenir de l'énergie au bon moment et là où elle est nécessaire ?

La croissance économique rapide dans des pays comme la Chine et l'Inde signifie que la demande mondiale d'énergie augmentera d'au moins 50 % d'ici 2030. De nombreuses grandes zones économiques émergentes sont situées dans des régions qui n'ont jamais eu les infrastructures pour fournir de l'électricité. Dans le même temps, les ressources traditionnellement utilisées pour la production d'énergie s'épuisent. Tout cela oblige l'humanité à rechercher activement de nouvelles sources d'énergie - et de nouvelles façons de la transférer.

La tâche principale est la recherche et l'utilisation la plus efficace des sources d'énergie renouvelables, ainsi que le développement de méthodes innovantes de stockage de l'énergie obtenue, permettant de l'utiliser en l'absence de soleil ou de vent. Un outil important pour atteindre cet objectif est les réseaux intelligents utilisant des logiciels, des capteurs, des compteurs électroniques et Internet. Ces composants vous permettent de gérer l'information, de contrôler plus efficacement la demande et l'offre d'énergie et de la livrer là où elle est actuellement nécessaire.

Les documents ci-dessous (vidéo, article et infographie) illustrent les transformations importantes de l'énergie et comment ces transformations affectent l'approvisionnement de notre monde en énergie. C'est un grand pas en avant. Les changements couvrent tous les aspects, y compris la production, le comptage, la monétisation, la consommation, le contrôle, le stockage, le commerce et le transport de l'électricité. Quel rôle jouent les smart grids dans ce processus ? En tant que plate-forme 3D EXPERIENCE aide-t-elle les entreprises à transformer la production et la distribution d'énergie et à améliorer la collaboration et l'innovation ?

Est-il vrai que l'ère de l'énergie solaire approche ?

L'année est 2035. De puissants panneaux solaires sont installés dans les déserts et les tropiques du monde, récupérant l'énergie du soleil pour produire de l'électricité, qui est fournie via des réseaux électriques sans fil modernes. Des réserves d'énergie suffisantes permettent à la production d'électricité de continuer après le coucher du soleil.

Des millions de foyers et de bureaux installent des panneaux solaires à faible coût et économes en énergie et des fenêtres à énergie solaire qui génèrent peu d'énergie pendant la journée. En 2010, les principaux constructeurs mondiaux, dont Audi, BMW, Toyota et Honda, ont développé des véhicules durables à hydrogène. Les carburants à l'hydrogène sont créés à l'aide de l'énergie solaire en divisant l'excès d'eau en hydrogène et en oxygène. Et à la tombée de la nuit, des satellites géants en orbite avec des panneaux solaires scintillent dans le ciel étoilé, collectant quotidiennement l'énergie solaire 24 heures sur 24 dans l'espace et la transmettant à des récepteurs au sol à l'aide de micro-ondes ou de faisceaux laser.

Fantaisie? Pas du tout. L'idée d'utiliser l'énergie solaire - l'une des ressources énergétiques les plus importantes sur Terre - est née bien avant la menace du changement climatique et l'épuisement des ressources en combustibles organiques facilement extraites. La première batterie solaire a été créée en 1883, et en 1941, l'écrivain Isaac Asimov a publié l'histoire « Reason », qui décrit une station spatiale qui émet de grandes quantités d'énergie solaire par le biais d'impulsions micro-ondes. En 1968, le scientifique américain Peter Glazer a décidé de réaliser les rêves d'Asimov, mais ses plans n'étaient pas destinés à se réaliser en raison des limitations technologiques de l'époque.

Mais la technologie solaire est déjà utilisée aujourd'hui, malgré les critiques qui soutiennent que l'industrie solaire mondiale ne sera jamais en mesure de résoudre les problèmes de transfert d'énergie sur de longues distances de régions plus ensoleillées à moins ensoleillées, ni de concevoir des solutions de stockage permettant de générer de l'énergie après foncé.

Par exemple, la Chine construit déjà des lignes électriques à haute tension pour distribuer largement l'énergie générée par les nouvelles centrales solaires. Au cours des trois premiers mois de 2015, cet État a ajouté à son système énergétique plusieurs centrales solaires d'une capacité de 5 gigawatts, ce qui équivaut à la quantité totale d'énergie produite dans l'un des principaux pays européens dans ce domaine - la France.

Les systèmes de stockage d'énergie sont déjà utilisés dans le monde et utilisent avec succès deux technologies. Dans certains systèmes, l'énergie solaire est utilisée pour créer des sels fondus qui retiennent la chaleur. Cela fournit suffisamment d'énergie pour faire tourner les turbines des générateurs d'électricité la nuit. Dans d'autres centrales électriques, les rayons du soleil compriment le gaz, qui revient à son état d'origine après la tombée de la nuit et fait tourner les turbines.

Regardant vers le haut

L'espace est une réponse radicale à la question de savoir comment l'énergie sera générée après le coucher du soleil, car dans l'espace, il n'y a pas de concepts tels que le coucher du soleil et l'aube. La Chine et le Japon prévoient de lancer les premières centrales électriques spatiales (SBSP) en 2030, et ce seront probablement certains des plus grands projets de l'histoire. « Une centrale spatiale économiquement viable doit être immense. La superficie totale de ses panneaux solaires sera de 5 à 6 kilomètres carrés », explique Wang Xiji, académicien à l'Académie chinoise des sciences.

Mais pourquoi construire des centrales électriques dans l'espace ? La principale raison en est une concentration significativement plus élevée de rayonnement solaire dans l'espace extra-atmosphérique. Plus de 60 % de l'énergie solaire est perdue au cours de sa réflexion et de son absorption par l'atmosphère terrestre, et dans l'espace, elle est disponible en totalité et 24 heures sur 24. "Les panneaux solaires spatiaux peuvent générer dix fois plus d'électricité que les panneaux au sol de la même taille", a déclaré l'ingénieur spatial Duan Baoyan.

Le développement du SBSP se heurte à des défis importants, dont l'un est la nécessité de fournir une transmission de puissance ultra-précise. Sinon, un puissant faisceau d'énergie errant peut brûler de vastes surfaces de la Terre. "Lorsque l'énergie est transmise par des impulsions micro-ondes, il est très difficile de diriger le flux pour qu'il atteigne un récepteur au sol. Transmettre des micro-ondes de 36 000 km à une surface plane de 3 km de diamètre, c'est comme enfiler une aiguille", explique Yasuyuki Fukumuro. Yasuyuki Fukumuro) de l'agence aérospatiale japonaise JAXA.

La société japonaise Shimizu propose une alternative encore plus incroyable : une bande de panneaux solaires de 400 km de large, située autour de l'équateur de la Lune et longue de 11 000 km. Ce système énergétique, encerclant la lune, pourrait générer tellement d'énergie que tous les besoins du monde seraient satisfaits en un instant.

Des difficultés sont également associées à la maintenance des systèmes dans des conditions spatiales dangereuses et au lancement de stations SBSP en orbite. Une centrale spatiale commercialement viable pèserait plus de 10 000 tonnes, tandis que les fusées modernes sont conçues pour transporter une charge utile d'un peu plus de 100 tonnes.

La construction des stations SBSP se heurte à d'énormes difficultés, comparables à celles qui ont dû être surmontées dans les années 60 du siècle dernier pour les personnes qui sont allées dans l'espace pour la première fois. À l'époque, beaucoup doutaient que des personnes devraient être envoyées dans l'espace, mais les avantages technologiques et scientifiques obtenus après avoir surmonté ces difficultés ne perdent pas leur importance pour le monde moderne.

Télécommande au sol

Mais malgré le fait que les stations SBSP créent une plate-forme pour le développement de nouvelles technologies, elles sont toutes construites sur le terrain, et c'est en cela que réside le vrai potentiel. La vérité est que la puissance de l'énergie solaire atteignant la surface de la Terre - même dans une atmosphère affaiblie - est plusieurs fois supérieure aux besoins de l'humanité. En 2015, les principaux experts britanniques en énergie ont dévoilé le programme Global Apollo, affirmant que le soleil envoie 5 000 fois plus d'énergie à la Terre que les humains n'en ont actuellement besoin.

De plus, la production d'électricité à partir de l'énergie solaire est de moins en moins chère chaque année. Le coût des panneaux solaires modernes est tombé à 1/20 de leur coût il y a 25 ans, tandis que l'efficacité a augmenté. Les panneaux solaires modernes à semi-conducteurs convertissent environ 20 % de toute la lumière solaire entrante en électricité, soit trois fois plus qu'auparavant. De nouveaux panneaux fabriqués à partir de composites tels que l'arséniure de gallium, qui ont une conductivité électrique plus élevée que le silicium, permettront d'obtenir des résultats encore plus impressionnants. Ceci malgré le fait que l'efficacité des panneaux solaires est limitée par divers facteurs physiques. Ces facteurs incluent, par exemple, la perte d'énergie lors de la réflexion et son absorption partielle par des matériaux conducteurs (limite de Shockley-Kweisser).

Alors pourquoi l'énergie solaire ne fournit-elle aujourd'hui que 1 % de la demande mondiale d'électricité ? Selon le programme Global Apollo et le rapport 2015 du MIT sur l'avenir de l'énergie solaire, la principale limitation n'est pas la technologie, mais l'inertie politique, qui est principalement soutenue par les intérêts des géants des combustibles fossiles. De plus, il y a un manque d'investissement. Ces rapports montrent comment d'énormes subventions mondiales masquent le coût réel de l'électricité à partir de combustibles fossiles, et comment ce coût a été tenté sans succès d'inclure le coût de l'élimination des problèmes environnementaux et de santé associés à ces sources d'énergie.

Une autre raison, selon Stéphane Declée, vice-président de l'énergie, du raffinage et des services publics chez Dassault Systèmes, est "un manque d'alignement entre les législateurs, les régulateurs et les leaders technologiques".

« Nos clients sont obligés de s'adapter à l'évolution des exigences réglementaires. 3D Les fournisseurs d'EXPERIENCE solaire seront en mesure de démontrer la viabilité et la fiabilité de leurs solutions à une multitude de parties prenantes, notamment les régulateurs, les institutions financières, le public et les médias. »

La situation est compliquée par le fait que "à mesure que la part des sources d'énergie renouvelables intermédiaires, dont le solaire, augmente, le volume de production d'énergie ne coïncide pas toujours avec des périodes de forte demande", a déclaré Declé. Comme solution, Declé propose de développer des systèmes qui permettent un meilleur contrôle de la demande (par exemple, les réseaux intelligents) et des systèmes qui fournissent une demande plus flexible pour les sources intermédiaires, par exemple, en stockant partiellement l'énergie renouvelable pour une utilisation future.