Альтернативные источники энергии

     Большие перспективы использования энергии  солнца имеются в Азербайджане, где  число солнечных дней в году — 250 с плотностью радиации 800 Вт/м2. Это обеспечивает около 2000 кВт • ч в год солнечной энергии на каждом квадратном метре площади.

     На  территории Грузии мощность солнечного потока достигает 10 кВт • ч/м2, что  эквивалентно 34 млрд т условного  топлива. В стране построена опытная автономная комплексная система для городского водоснабжения и отопления, состоящая из параболоидных гелиоконцентраторов в сочетании с двумя ветроэнергетическими установками. Осуществлен ряд опытных проектов для снабжения энергией одно- двух- и многоквартирных домов.

     В Узбекистане НПО “Физика-Солнце”  разработан автономный солнечный источник электропитания (АСИЭ-3), состоящий из складной панели с солнечными фотоэлектрическими панелями. В светлое время суток  они с помощью электронного блока заряжают аккумуляторы. На выходе источника питания обеспечивается напряжение 3, 5, 6, 9 и 12 В постоянного тока или 220 В переменного тока при мощности до 20 Вт. Это обеспечивает работу радиоприемника, магнитофона и телевизора. Срок окупаемости затрат — 1 год.

     Оригинальная  электроустановка сконструирована  в Израиле. Коллектор фиксирует  солнечные лучи в одной точке, после чего они проходят через  отверстие в кварце и разогревают  сотни керамических трубочек до температуры 1800 °С.

     В Великобритании построено здание, на фасаде которого расположены 21 400 фотогальванических элементов, которые производят 40 кВт • ч электроэнергии.

     Французский модельер Оливье Ляпиду создал куртку с солнечными батареями, которые  питают встроенные в подкладку нагревательные приборы, а также сотовый телефон и радиоприемник. В этой же стране планируется создать "солнечную" деревню, в которой все дома будут снабжаться электроэнергией от встроенных в них солнечных батарей. Стоимость проекта для снабжения энергией 300 домов — 70 млн ф.ст.

     Во  Фрайбурге (Германия) пущен в эксплуатацию экспериментальный дом, энергоснабжение  которого осуществляется за счет энергии  солнца. Площадь дома 332 м2, объем 1027 м3. При строительстве дома использованы эффективные теплоизоляционные  материалы, высокоэффективные солнечные коллекторы для горячего водоснабжения, фотоэлектрическая батарея площадью 76 м2 и мощностью 4,2 кВт, установленная на крыше дома.

       на Тибете скоро будет построена  самая высокая солнечная электростанция  в мире.[4]

     То, что в последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, объясняется многочисленными экологическими и экономическими преимуществами.

     Во-первых, топливо свободно. Солнце - вечный источник света. Кроме того, фотовольтаические  ячейки сделаны из кремния, а кремний - богатый и нетоксичный ресурс, второй по количеству материала на земле.

     Во-вторых,  этот способ получения энергии бесшумный, не загрязняет атмосферу газами.

     В-третьих, солнечные модули работают автоматически и легки в установке. Кроме того, солнечные системы дают дополнительную помощь сельским районам (особенно в местах, где другое электричество недоступно). Освещение дома, системы охлаждения больницы и закачка воды - часть из многих возможностей, которые могут стать более доступными.

                    К сожалению, солнечная энергетика имеет недостатки, которые не позволяют реализовать потенциальные ресурсы в больших объемах:

     - для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли. К примеру, для электростанции мощностью 1 ГВт может понадобиться участок площадью несколько десятков квадратных километров. Строительство солнечных электростанций такой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности, поэтому устанавливают в основном фотоэлектрические станции мощностью 1-2 МВт недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки.

     - фотоэлектрические преобразователи работают с меньшей эффективностью в утренние и вечерние часы. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме этого, произведенная ими электроэнергия может резко зависит от погодных условий.

      - цена солнечных фотоэлементов сравнительно высокая, но с развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители этот недостаток постепенно преодолевается.

     - эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения.

     - ограниченность сроков эксплуатации. Эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться через 30 лет использования. Некоторые отработанные фотоэлементы содержат кадмий, который нельзя выбрасывать на свалку. Нужно дополнительно расширять индустрию по их утилизации. [5] 
 

     3. Геотермальная энергия и ее характеристики  

     В недрах Земли сосредоточено колоссальное количество тепловой энергии. Однако технологические  трудности и высокие затраты  не позволяют сегодня рассматривать  эти энергоресурсы в качестве реального энергоисточника. Более  доступны для использования гидрогеотермальные ресурсы: термальные воды, пароводяные смеси и сухой пар. Освоение гидрогеотермальной энергии весьма актуально и интенсивно осуществляется в более чем 70 странах.

     По  основному энергетическому показателю - температуре термальные воды подразделяются на высокопотенциальные (> 100°С), среднепотенциальные (70-100°С) и низкопотенциальные (< 70°С). Распределение доступной геотермальной энергии на континентах весьма неравномерно и обусловлено в основном структурно-тектоническими условиями конкретных районов.

     Очевидно, большей энергетической ценностью  обладают высокопотенциальные воды рифтовых и вулканических районов. Основные запасы гидротермальных ресурсов связаны с пластовыми артезианскими  бассейнами.

     Развитие  технологий геотермальной энергетики приводит к постепенному расширению электроэнергетических и теплотехнических возможностей преобразования термальных вод в сторону понижения температуры: для производства электроэнергии до 60-70°С и тепла до 5-10°С.

     Важными оценочными элементами гидрогеотермальных месторождений являются: ресурсный показатель; производительность скважин и водозаборов; напор на устье скважин; глубина залегания водоносных горизонтов; степень минерализации; солевой и газовый состав термальных вод.

     Существует зависимость эффективности использования гидрогеотермальных ресурсов от их геохимических свойств, определяющих срок службы трубопроводного, теплообменного и другого оборудования.

     По  степени минерализации подземные  виды разделяются на пресные, содержащие менее 0,1 г/л примесей, мезопресные 0,1-0,5 г/л и апопресные - 0,5-1 г/л, соленые (солоноватые 1-3 г/л, соленые 3-10 г/л и крепкосоленые 10-36 г/л) и рассолы (слабые 36-150 г/л, крепкие 150-320 г/л, весьма крепкие 320-500 г/л и предельно насыщенные - > 500 г/л).

     Важной  составляющей термальных вод являются водорастворенные газы, влияющие на механико-энергетические и другие свойства термальных вод. По газовому фактору (л/л) выделяют воды с очень низким - менее 0,1, низким (0,1-0,5), средним (0,5-1), высоким (1-5) и весьма высоким - более 5 газосодержанием. Высокая газонасыщенность вод способствует снижению порога выделения парогазовой смеси, облегчению теплоносителя за счет образования водногазовой смеси. Эти эффекты увеличивают геомеханическую энергию и производительность скважин. При высокой газонасыщенности углеводородными газами и сам газ может иметь определенную энергетическую ценность.

     Агрессивные свойства воде обычно придают СО2 и H2S, а также О2, попадающий в воду чаще всего при выходе на земную поверхность, и кислотные газы вулканических терм. [6]

     Технология  преобразования геотермальной энергии  в электроэнергию зависит в основном от параметров теплоносителя. Высокопотенциальные  геотермальные воды, обеспечивающие поступление в геотермальную  электростанцию (ГеоЭС) пара высокого давления, позволяют направлять такой теплоноситель непосредственно на лопатки турбин. В этом случае генераторная часть ГеоТЭС принципиально не отличается от традиционной тепловой электростанции, использующей углеводородное топливо.

     Механические  примеси и газы, содержащиеся в геотермальной воде или паре, очищаются с помощью сепараторов и фильтров. При значительном количестве примесей, которые часто бывают агрессивными, применяется двухконтурная система с теплообменником. Вторичный контур содержит воду, прошедшую химводоочистку и деарирование. Примером подобной ГеоЭС может служить Мутновская геотермальная электростанция, расположенная в 140 км от г. Петропавловск-Камчатский у подножья действующего вулкана Мутновский. Мутновская ГеоЭС на протяжении ряда лет демонстрирует устойчивую работу и производит дешевую электроэнергию, себестоимость которой составляет около 1,5 цента/кВтчас.

     Следует отметить, что геотермальные электростанции с высокопотенциальным теплоносителем могут сооружаться только вблизи соответствующих месторождений геотермальных вод. Таких месторождений не много, соответственно и электростанции рассмотренного типа - объекты достаточно уникальные. Гораздо большей доступностью и распространенностью обладают геотермальные воды с более низкими внутрипластовыми температурами.

     Технологии  получения электроэнергии из низкопотенциальной тепловой энергии геотермальных вод основаны на двух принципах энергопреобразования: использования веществ с низкими температурами кипения и гидропаровых турбин типа Сегнерова колеса.

     Идея  производства электроэнергии в турбогенераторах с помощью веществ с низкими  температурами кипения принадлежит советским ученым, которые в 1965-1967 гг. создали первую в мире геотермальную бинарную электростанцию на Камчатке - Паратунскую ГеоЭС. Фреон, превращенный в пар теплом горячей воды, направлялся в турбогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Сегодня эта технология активно используется. Построено около тысячи энергоблоков мощностью от нескольких кВт до 130 МВт в десятках стран мира.

     Гидропаровые  турбинные установки (ГПТ) используют прямую подачу горячей воды в сопла  турбины без предварительного разделения ее на пар и воду в сепараторах. Гидропаровая турбина работает на потоке, вскипающем в процессе адиабатического расширения. Основная работа в процессе преобразования тепловой энергии геотермальных вод в кинетическую энергию рабочего потока и механическую турбины осуществляется жидкой фазой, что принципиально отличает гидропаровую турбину от паровой. В ГПТ используются сопла Лаваля с парогенерирующими решетками, создающими мелкодисперсный пароводяной поток на лопатках турбины.

     Подобные  энергоустановки обладают коэффициентом полезного действия до 25-30% при частотах вращения выходного вала до нескольких тысяч оборотов в минуту.

     Геотермальная энергия считается одним из самых  надежных видов возобновляемой энергии. Тепло, выделяемое недрами земли, доступно днем, ночью и в любую погоду. США извлекают и используют больше геотермальной энергии, чем любая другая страна и в ближайшие 10 лет могут удвоить и даже утроить использование этого источника энергии. [7] 
 

     4. Энергия ветра 

     Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн кВт·ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломают ветряки.

     Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно  работающих в любую погоду под  открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.

     Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот  в свою очередь вырабатывает энергию электрическую.

     Существует  огромное разнообразие конструкций  ветроустановок:

     - по расположению оси вращения  лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);