Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии.

На пороге ХХI века человек  все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его  существования в новой эре. Энергия  была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность  создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных  видов энергии человек не способен полноценно существовать.

По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти - 300 миллиардов тонн, газа - 220 триллионов кубометров. Разведанные  запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти - 137 миллиардов тонн, газа - 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается  тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что  в последние годы в шельфовых  зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?

Есть несколько ответов  на этот вопрос:

Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя  энергетической отрасли. Существует точка  зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет.

Во-вторых, необходимость  значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как  часто эти работы связаны с  организацией глубокого бурения (в  частности, в морских условиях) и  другими сложными и наукоемкими  технологиями.

 И, в третьих, экологические  проблемы, связанные с добычей  энергетических ресурсов. Склады  нефтепродуктов и окружающие  их территории подчас напоминают  “города мертвых”, а кадры кинохроники  о плавающих в нефтяной пленке  морских птицах и животных  тревожат не только Greenpeace.

Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается  в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и  обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности  нашей планеты, нагретой Солнцем  и создает так называемый парниковый эффект*.

В настоящее время выдвигаются  множество различных идей и предложений  по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Разработка некоторых  проектов еще только начинается. Так, существуют предложения по использованию  энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии. Проводятся эксперименты по использованию “биоэнергетики”, например, энергии парного молока для обогрева коровников.

Но существуют и “традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия  Солнца и ветра, энергия рек и  земли.

Энергия солнца.

В последнее время интерес  к проблеме использования солнечной  энергии резко возрос. Потенциальные  возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно  солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Заметим, что использование  всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности  мировой энергетики, а использование 0,5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы  удастся реализовать в больших  масштабах. Одним из наиболее серьезных  препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных  условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения  составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы  коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для  удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130000 км2!

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме  того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор  солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с  циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного  использования. Согласно расчетам, изготовление коллекторов солнечного излучения  площадью 1 км2 требует примерно 104 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня  мировые запасы этого металла оцениваются в 1,17´109 тонн.

Из вышесказанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики.

Солнечная энергетика относится к  наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт/год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

Пока еще электрическая  энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем  получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных  установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические  проблемы.

 

Ветровая энергия.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра  более чем в сто раз превышают  запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле  дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен  воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах  нашей страны, могли бы легко удовлетворить  все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный  и экологически чистый источник энергии  так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение  электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

В наши дни к созданию конструкций  ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической  установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его  в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые  разнообразные конструкции современных  ветровых установок.

 

Энергия рек.

Многие тысячелетия верно  служит человеку энергия, заключенная  в текущей воде. Запасы ее на Земле  колоссальны. Недаром некоторые  ученые считают, что нашу планету  правильнее было бы называть не Земля, а Вода, так как около 3/4 поверхности  планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой  океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские  течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в  моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло  пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Но когда наступил золотой  век электричества, произошло возрождение  водяного колеса, правда, уже в другом обличье (в виде водяной турбины). Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а  это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Преимущества гидроэлектростанций  очевидны: постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения  окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид, по сравнению с ним, покажется ничтожным.

Дальновидная энергетическая политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как  ни в одной стране мира, развита  система мощных гидроэлектрических станций. Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с  помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.

 

Энергия Земли.

Издавна люди знают о стихийных  проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно  превышает мощность самых крупных  энергетических установок, созданных  руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических  извержений говорить не приходится: нет  пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная  доля этой неисчерпаемой энергии  находит выход через огнедышащие  жерла вулканов.

Маленькая европейская страна Исландия ("страна льда" в дословном  переводе) полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы  получают энергию от тепла земли, других местных источников энергии  в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами - фонтанами горячей воды, с точностью  хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит  приоритет в использовании тепла  подземных источников (еще древние  римляне к знаменитым баням - термам Каракаллы - подвели воду из-под земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную  очень интенсивно. Столица город  Рейкьявик, в которой проживает  половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.

Но не только для отопления  черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные  источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена  в 1904 году в небольшом итальянском  городке Лардерелло, названном так  в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в  этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй  вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции  достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в  районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч  киловатт. В 120 км от Сан-Франциско в  США производит электроэнергию геотермальная  станция мощностью 500 тысяч киловатт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В обозримом будущем природное  топливо по-прежнему будет важным источником энергии. Однако природные  ресурсы ограничены, и, в конце  концов, человечество будет вынуждено  перейти на использование энергии  ветра и Солнца, рек и Земли.