Реферат: Нетрадиционные возобновимые источники энергии

Реферат: Нетрадиционные возобновимые источники энергии

с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро

наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется.

Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые

электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска

потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно

ограничивающее требование – использование многополюсного генератора

работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого

распространения, а использование мультипликаторов (Мультипликатор [лат.

multiplicator умножающий] – повышающий редуктор не эффективно из-за низкого

КПД последних.

Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность

без дополнительных ухищрений следить за тем «откуда дует ветер», что весьма

существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа

строятся в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде.

Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его

конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и

автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе

работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает

вращающий момент вплоть до полной остановки.

Ортогональные Ортогональные ветроагрегаты, как полагают

специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед

ветропоклонниками ортогональных конструкций стоят определенные трудности.

Среди них, в частности, проблема запуска.

В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в

дозвуковом самолете (см. рис. 8. (6)). Самолет, прежде чем «опереться» на

подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае с

ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию – раскрутить

и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама

перейдет из режима двигателя в режим генератора.

Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная

мощность достигается при скорости 14-16 м/с. Предварительные расчеты

ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000

кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому

движутся крылья, составит около 80 метров.

У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми –

взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным

преобразователем можно просуммировать выходную мощность вырабатываемую

генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.

Неожиданные проявления и применения Реально работающие

ветроагрегаты обнаружили ряд отрицательных явлений. Например, распространение

ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные звуковые

колебания. Появление экспериментального ветродвигателя на Оркнейских островах

(Англия) в 1986 году вызвало многочисленные жалобы от телезрителей ближайших

населенных пунктов . В итоге около ветростанции был построен телевизионный

ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной турбины были выполнены из

стеклопластика, который не отражает и не поглощает радиоволны. Помехи создавал

стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски,

предназначенные для отвода ударов молний. Они отражали и рассеивали

ультракоротковолновый сигнал. Отраженный сигнал смешивался с прямым, идущим от

передатчика, и создавал на экранах помехи. Построенная в 1980 году в городке

Бун (США) ветроэлектростанция, дающая 2 тысячи киловатт, действовала

безотказно, но вызывала нарекания жителей городка. Во время работы ветряка в

окнах дребезжали стекла и звенела посуда на полках [17]. Было установлено,

что шестидесятиметровый винт при определенной скорости вращения издавал

инфразвук. Он не ощущается человеческим ухом, но вызывает низкочастотные

колебания предметов и небезопасен для человека. После доработки лопастей от

инфразвуковых колебаний удалось избавиться. Ветродвигатели могут не только

вырабатывать энергию. Способность привлекать внимание вращением без

расходования энергии используется для рекламы. Наиболее простой –

однолопастный карусельный ветродвигатель представляет собой прямоугольную

пластинку с отогнутыми краями (рис. 4.18). Закрепленный на стене он начинает

вращаться даже при незначительном ветре. На большой площади крыльев

карусельный трех-четырех лопастный ветродвигатель может вращать рекламные

плакаты и небольшой генератор. Запасенная в аккумуляторе электроэнергия может

освещать крылья с рекламой в ночное время, а в безветренную погоду и вращать

их.

ТЕРМАЛЬНАЯ 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 под- земных 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 - 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 кило- ватт. В

120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию

геотермальная станция мощностью 500 тысяч кило- ватт.

ЭНЕРГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД.

Огромные запасы энергии скрыты в текущей воде как Мирового Океана, так и

внутренних вод. 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.

Поэтому в начале 20 века было построено всего несколько

гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке

Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с

многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом. Уже в

историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строительство крупных

гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем

началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная энергетическая

политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в

одной стране мира, развита система мощных гидроэлектрических станций. Ни

одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами,

как Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции,

дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились

мощные промышленные комплексы. Энергоустановка на реке Ранс (Бретань),

состоящая из двадцати четырех реверсивных турбогенераторов, и имеющая

выходную мощность 240 мегаватт - одна из наиболее мощных

гидроэлектростанций во Франции. Гидроэлектростанции являются наиболее

экономически выгодным источником энергии, но вместе с этим имеют ряд

серьёзных недостатков, связанных с необходимостью транспортировки энергии на

большие расстояния (часто потребители энергии расположены вдали от рек).

При транспортировке электроэнергии по ЛЭП (линиям электропередач)

происходят потери до 30% и создаётся экологически опасное электромагнитное

излучение. В дополнение ко всему для проведения ЛЭП ,вырубаются леса, что

тоже отражается на экологии.

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.

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И РAЗМЕЩЕНИЕ ГЭС

Основными покaзaтелями, позволяющими оценить гидроэнергетический потенциaл

регионов, являются водность рек и нaличие знaчительных перепaдов высот

рельефa. Совокупность дaнных по объему стокa местных водотоков, крупных

трaнзитных рек и aмплитуде рельефa является достaточной для aдеквaтной

оценки потенциaльной энергетической мощности рaботы воды нa кaждой

территории, если при этом не стaвить зaдaчи рaсчетa мегaвaтт потенциaльной

мощности ГЭС (Кaртa 1.).

Нaиболее знaчительными потенциaльными гидроэнергоресурсaми рaсполaгaют

регионы средней и восточной Сибири, имеющие горный рельеф, множество мaлых и

средних рек, a тaкже тaкие речные гигaнты, кaк Енисей, Aнгaрa, Ленa, Aмур.

Нa остaльной территории стрaны по гидроэнергетическому потенциaлу выделяются

горные республики Северного Кaвкaзa, зaпaдный мaкросклон Урaльского хребтa и

Кольский полуостров. Минимaльным потенциaлом рaсполaгaют зaсушливые рaйоны

югa России и рaвнин Зaпaдной Сибири.

Дaнные о производстве гидроэнергии нa душу трудоспособного нaселения

соответствующего регионa приведены нa Кaрте 2.

Гидроэнергетический потенциaл нa знaчительной чaсти территории стрaны не

используется вообще. В регионaх Сибири лишь Aнгaрский и Енисейский кaскaды

ГЭС позволяют использовaть чaсть потенциaлa нaиболее крупных рек. Нa

остaльной территории Сибири использовaние свободной энергии движения воды

имеет лишь точечный хaрaктер (Новосибирскaя, Усть-Хaнтaйскaя, Зейскaя,

Вилюйскaя ГЭС и др.). Нa европейской территории стрaны мaксимaльно возможное

количество электроэнергии извлекaется в нижнем течении Волги, хотя потенциaл

гидроэнергетики здесь не столь велик из-зa рaвнинного рельефa. В то же время

больший по суммaрной мощности, но дисперсно рaспределенный потенциaл рек

Кaвкaзa и зaпaдного Урaлa используется слaбее. Необходимо подчеркнуть, что

энергодефицитное хозяйство Приморья вообще не имеет ГЭС, хотя этот регион

рaсполaгaет большими гидроэнергоресурсaми. По-видимому это связaно с крaйним

непостоянством режимa рек в условиях муссонного климaтa с регулярно

проходящими тaйфунaми, что ведет к существенному удорожaнию строительствa в

связи с проблемaми безопaсности. Плотность нaселения в рaвнинных рaйонaх

обычно выше, чем в горных, поэтому зоны с высоким потенциaлом гидроресурсов и

территории с нaибольшей численностью потенциaльных потребителей энергии

рaзнесены в прострaнстве. Исключение состaвляет лишь Кaвкaз. Однaко, именно

нa примере Кaвкaзa видно, что потенциaл мaлых и средних рек недоиспользуется

дaже при столь редком сочетaнии блaгоприятных условий. Сейчaс не

принципиaльно, что является тому причиной - технологическaя неэффективность

создaния мaлых ГЭС, сейсмическaя опaсность или увлечение “стройкaми векa”.

Вaжно, что в стрaне не сложилось технологии проектировaния тaких стaнций, их

строительствa, мaссового производствa необходимого оборудовaния и опытa

локaльного решения энергетических проблем рaзвития отстaлых регионов.

Типичным примером непригодности нaкопленного при создaнии ГЭС-гигaнтов опытa

явились гидроэнергетические проекты для слaбо рaзвитых Aлтaя (Кaтунскaя) и

Эвенкии (Турухaнскaя). Нaконец, третья группa проблем связaнa с высокой,

доходящей до опaсной интенсивностью использовaния гидроэнергопотенциaлa

средней и нижней Волги. Несмотря нa геогрaфическую локaльность, этa проблемы

вaжнa тем, что зaтрaгивaет зону проживaния огромных мaсс нaселения. В

гидроэнергетике рaзвитие ситуaции мaло зaвисит от сочетaний ресурсного

потенциaлa и уровня его использовaния. Создaние новых ГЭС скорее будет

зaвисеть от политико-экономической обстaновки и нaличия технических решений

для мaлой гидроэнергетики. В этих условиях принципиaльной является роль

госудaрствa, кaк крупнейшего зaкaзчикa и инвесторa при создaнии крупных ГЭС.

В ближaйшие годы тaкой вaриaнт мaловероятен, но если он и будет рaзвивaться,

то скорее всего нa Дaльнем Востоке, где склaдывaется устойчивый

энергодефицит. Только госудaрству под силу экстенсивное освоение потенциaлa,

имеющегося нa Дaльнем Востоке. Целесообрaзность крупного

гидроэнергетического строительствa в этом регионе может быть опрaвдaнa лишь

при крупной госудaрственной прогрaмме рaзвития Дaльневосточного рaйонa, кaк

стрaтегического форпостa России в Aзиaтско-Тихоокеaнском регионе. Горaздо

больше шaнсов нa реaлизaцию имеют вaриaнты, связaнные с создaнием мaлых ГЭС.

Решение технических проблем проектировaния, строительствa и оснaщения мaлых

гидростaнций более вероятно в условиях сокрaщения роли госудaрствa в

экономике и усиления крупных чaстных компaний и регионов. В тaкой

общеполитической ситуaции рaзвитие мaлой гидроэнергетики возможно в

густонaселенных регионaх, имеющих рaзвитой промышленный потенциaл (средний и

южный Урaл) или высокую численность нaселения (Северный Кaвкaз).

Рaзвитие ситуaции с Волжским кaскaдом ГЭС прогнозируется без особых

вaриaнтов. Остротa сложившегося здесь дисбaлaнсa между низким

гидроэнергетическим потенциaлом и мощностью создaнных ГЭС делaет рaзвитие

более зaвисимым от хорошо известных природных циклов. Кaскaд волжских ГЭС

проектировaлся нa основе дaнных зa влaжные 40-е гг. В сухие 70-е гг. воды не

хвaтaло, ГЭС не вырaбaтывaли проектируемого количествa энергии. Во влaжные

80-е - 90-е гг., нaоборот, нaблюдaлся избыток воды и ГЭС вынуждены были

почти круглый год осуществлять aвaрийные спуски. Грядущaя тепло-сухaя фaзa

вызовет еще более резкий спaд производительности и скaчкообрaзный рост

зaгрязнений зa счет снижения рaзбaвления и ростa турбулентного перемешивaния

в незaполненных водохрaнилищaх огромных мaсс зaгрязненного илa,

обрaзовaвшихся зa годы сбросов промышленных стоков и смывa с полей.

ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА

В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии . Так, тепловая

(внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по

сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10^26

Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка

10^18 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой

энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так

что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако

происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде

всего нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным

загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение", и

грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной

углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое

использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и

неопределенность как сроков, так и экологических последствий

промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и

инженеров уделять все большее внимание поискам возможностей рентабельной

утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов

уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом

океане. Широкая общественность, да и многие специалисты еще не знают, что

поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в

последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их

перспективы становятся все более обещающими.

Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и

отливов, океанских течений, термальную энергию, и др.

Энергия Приливов.

Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется

постройка приливных электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ранс во

Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс.

кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт*ч. Советский инженер Бернштейн разработал

удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места,

и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их

максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной

в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6

млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

В 70-х годах ситуация в энергетике изменилась. Каждый раз, когда

поставщики на Ближнем Востоке, в Африке и Южной Америке поднимали цены

на нефть, энергия приливов становилась все более привлекательной, так как

она успешно конкурировала в цене с

ископаемыми видами топлива. Вскоре за этим в Советском

Союзе, Южной Корее и Англии возрос интерес к очертаниям

береговых линий и возможностям создания на них энерго-

установок. В этих странах стали всерьез подумывать об

использовании энергии приливов волн и выделять средства

на научные исследования в этой области, планировать их.

Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды

Японии. В течение многих лет бакены - свистки береговой охраны США действуют

благодаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существует прибрежный

район, где не было бы своего собственного изобретателя, работающего над

созданием устройства, использующего энергию волн Начиная с 1966 года два

французских города полностью удовлетворяют свои потребности в

электроэнергии за счет энергии приливов и отливов.

Получение Энергии За Счет Разности Химического Состава

Воды

В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость быть

использована, как источник энергии ? Может. Большая концентрация соли в

океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института в

Ла- Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок.

Они считают, что для получения большого количества энергии вполне возможно

сконструировать батареи, в которых происходили бы реакции между соленой и

несоленой водой.

Энергия Биомассы Океана

В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в состав

которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В этой среде

растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых маленьких

до самых больших, от амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так

же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных диатомовых

водорослей до достигающих высоты 200-300 футов (60-90 метров) бурых

водорослей. Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы перейти от

восприятия океана как природной системы поддержания жизни к попытке

начать на научной основе извлекать из этой системы энергию. При поддержке

военно-морского флота США в середине 70-х годов группа специалистов в

области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую

в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов (12 метров) под

залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан- Клемент. Ферма

была небольша, по сути своей, все это было лишь экспериментом. На ферме

выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли. По мнению директора

проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских

и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих

водорослей может быть превращено в топливо- в природный газ метан(С2Н6).

Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно

100 000 акров (40 000 га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы

полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50

000 человек".

.

Энергия Океанских Течений

. Не так давно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт, что

Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в

час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой.

Возможно ли это ? Смогут ли гигантские турбины и подводные пропеллеры,

напоминающие ветряные мельницы, генерировать электричество, извлекая энергию

из течений и воли ? "Смогут" - таково в 1974 году было заключение

Комитета Мак-Артура, находящегося под

эгидой Национального управления по исследованию

океана и атмосферы в Майами (Флорида).Общее мнение зак-

лючалось в том, что имеют место определенные пробле-

мы, но все они могут быть решены в случае выделения ассигнований, так как

"в этом проекте нет ничего такого, что превышало бы возможности современной

инженерной и технологической мысли".

Термальная Энергия Океана

Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е.

получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и

засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при

использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как

пропан, фреон или аммоний.

Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и

тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту

(27 C). На глубине в 2000 футов (600 метров) температура падает до 35,36,37

или 38 градусов по Фаренгейту (2-3.5 С). Возникает вопрос: есть ли

возможность использовать разницу температур для получения энергии ? Могла бы

тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить электричество ?

Да, и это возможно. В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод,

одаренный, решительный и весьма настойчивый французский физик, решил

исследовать такую возможность. Выбрав участок океана вблизи берегов Кубы, он

сумел-таки после серии неудачных попыток получить установку мощностью 22

киловатта. Это явилось большим научным достижением и приветствовалось

многими учеными. Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине

и создав соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для

производства электроэнергии, уверяли сторонники использования тепловой

энергии океана. "Согласно нашим оценкам, в этих поверхностных водах

имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую

потребность в ней". "Увы, - возражали скептики, - Жорж Клод получил в

заливе Матансас всего 22 киловатта электроэнергии. Дало ли это прибыль ?"

Не дало, так как, чтобы получить эти 22 киловатта, Клоду пришлось

затратить 80 киловатт на работу своих насосов. Сегодня профессор Скриппского

института океанографии Джон Исаакс делает вычисления более аккуратно. По его

оценкам, современная технология позволит создавать энергоустановки,

использующие для производства электричества разницу температур в океане,

которые производили бы его в два раза больше, чем общемировое потребление на

сегодняшний день. Это будет электроэнергия, производимая электростанцией,

преобразующей термальную энергию океана (ОТЕС). Конечно, это - прогноз

ободряющий, но даже если он оправдается, результаты не помогут разрешению

мировых энергетических проблем.

Внутренняя Энергия Молекул Воды

Конечно, доступ к запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет великолепные

возможности, но (по крайней мере пока) электричество не поднимает в

небо самолеты, не будет двигать легковые и грузовые автомобили и автобусы,

не поведет корабли через моря. Однако самолеты и легковые автомобили,

автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно

извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он

может использоваться в качестве горючего. Водород- один из наиболее

распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой

капле воды. Помните формулу воды? Формула HOH значит, что молекула воды

состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из воды

водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы

приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения

электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится

к "водородной энергетике" будущего, так как полученный водород достаточно

удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в

криогенных контейнерах при температуре 423 градуса по Фаренгейту (-203 С).

Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым

сплавом или с магнием для образования металлических гидридов. После этого

их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости. Еще

в 1847 году французский писатель Жюль Верн, опередивший свое время,

предвидел возникновение такой водородной экономики. В своей книге

"Таинственный остров" он предсказывал, что в будущем люди научатся

использовать воду в качестве источника для получения топлива. "Вода, - писал

он, - представит неиссякаемые запасы тепла и света". Со времен Жюля Верна

были открыты методы извлечения водорода из воды. Один из наиболее

перспективных из них - электролиз воды. (Через воду пропускается

электрический ток, в результате чего происходит химический распад.

Освобождаются водород и кислород, а жидкость исчезает.) В 60-е годы

специалистам из НАСА удалось столь успешно осуществить процесс электролиза

воды и столь эффективно собирать высвобождающийся водород, что получаемый

таким образом водород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

***************************************************

Таким образом, в океане, который составляет 71 процент поверхности

планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и

приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и

других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды;

энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана;

удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя разницу

температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно

преобразовать в стандартные виды топлива. Такие количества энергии,

многообразие ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет

испытывать в ней недостатка. В то же время не возникает необходимости

зависеть от одного - двух основных источников энергии, какими, например,

являются давно использующиеся ископаемые виды топлива и ядерного горючего,

методы получения которого были разработаны недавно. Более того, в миллионах

прибрежных деревень и селений, не имеющих сейчас доступа к энергосистемам,

будет тогда возможно улучшить жизненные условия людей. Жители тех мест, где

на море бывает сильное волнение, смогут конструировать и использовать

установки для преобразования энергии волн. Живущие вблизи узких прибрежных

заливов, куда во время приливов с ревом врывается вода, смогут использовать

эту энергию. Для всех остальных людей энергия океана в открытом водном

пространстве будет преобразовываться в метан, водород или электричество,

а затем передаваться на сушу по кабелю или на кораблях. И вся эта энергия

таится в океане испокон веков. Не используя ее, мы тем самым попросту ее

расточаем. Разумеется, трудно даже представить себе переход от столь

привычных, традиционных видов топлива - угля, нефти и природного газа - к

незнакомым, альтернативным методам получения энергии. Разница температур

? Водород, металлические гидриды, энергетические фермы в океане ? Для

многих это звучит как научная фантастика. И тем не менее несмотря на то

что извлечение энергии океана находятся на стадии экспериментов и процесс

ограничен и дорогостоящ, факт остается фактом, что по мере развития научно-

технического прогресса энергия в будущем может в значительной степени

добываться из моря. Когда - зависит от того, как скоро эти процессы станут

достаточно дешевыми. В конечном итоге дело упирается не в возможность

извлечения из океана энергии в различных формах, а в стоимость такого

извлечения, которая определит, насколько быстро будет развиваться тот или

иной способ добычи Когда бы это время ни наступило, переход к использованию

энергии океана принесет двойную пользу: сэкономит общественные средства и

сделает более жизнеспособной третью планету Солнечной системы - нашу Землю.

Впервые удар по общественному карману был нанесен в 1973 году подъемом цен

на ископаемые виды топлива. Особенно возросли цены на нефть - основной вид

топлива в XX веке, используемый в промышленности, сельском хозяйстве, для

отопления. Вслед за этим произошло повышение уровня инфляции, а поскольку

научные исследования и эксперименты тоже требуют ассигнований, поиски новых

видов топлива подняли цены еще выше. Ископаемые виды топлива истощаются, мы

вынуждены их экономить и увеличивать энергообеспечение за счет

строительства ядерных реакторов, которые требуют значительных финансовых

затрат и вызывают опасения у людей, живущих вблизи. Конечно,

энергопотребление снизится, если быть более экономными. В США, население

которых составляет 5,3 % от общемирового и где используется 35 % всех видов

ископаемого топлива и гидроэлектроэнергии мира, потребление энергии может

быть легко снижено до 30 - 32 % , а то и до 25 %. Существует даже мнение,

что по справедливости Соединенные Штаты должны снизить потребление энергии

до 5,3 %. Экономика, однако, лишь одна сторона дела. Другая сторона

относится к странам развивающимся, которые стараются достичь уровня жизни

промышленно развитых стран, определяющегося использованием большого

количества энергии. Сегодня народы Азии, Африки и Латинской Америки

стремятся перейти от общества, в котором используется в основном физический

труд, к обществу с развитой индустрией. Для того чтобы удовлетворить

потребность в равноправном распределении дешевой энергии между всеми

странами, потребуется такое ее количество, которое, возможно, в тысячи раз

превысит сегодняшний уровень потребления, и биосфера уже не справится с

загрязнением, вызываемым использованием обычных видов топлива. Тем не менее

президент Института исследований в области электроэнергии в Пало Альто

(Калифорния) Чонси Старр полагает: "Необходимо признать, что мировое

потребление энергии будет развиваться именно в этом направлении и так быстро,

как только позволят политические, экономические и технические факторы". Так

как соревнование за обладание истощающимися видами топлива обостряется,

расход общественных средств будет расти. Рост этот продолжится, так как

необходимо бороться с загрязнением воздуха и воды, теплотой, выделяющейся при

сгорании ископаемых видов топлива. Но стоит ли волноваться в поисках новых

источников ископаемого топлива ? Зачем дискутировать по вопросу о

строительстве ядерных реакторов ? Океан наполнен энергией, чистой,

безопасной и неиссякаемой. Она там, в океане, только и ждет высвобождения. И

это - преимущество номер один. Второе преимущество заключается в том, что

использование энергии океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой

планетой.

Можно воспользоваться другим вариантом, предусматривающим увеличение

использования органических и ядерных видов топлива. Это, по- мнению

некоторых специалистов, может привести к катастрофе: в атмосферу станет

выделяться слишком большое количество углекислого газа и теплоты, что

грозит смертельной опасностью человечеству. "Пустяки, - усмехаются

скептики. - Мы постоянно совершенствуем воздушные фильтры и очистные

сооружения. Еще год-два и фабричные дымовые трубы будут выпускать

практически чистый воздух. Разве мы не очищаем выхлопные газы автомобилей ?

Скоро вы вообще забудете, что такое пары двуокиси серы." Тем не менее

углекислый газ и теплота, выделяемые в атмосферу дымовыми трубами фабрик и

других промышленных предприятий, а иногда и большими многоквартирными

комплексами, которые используют ископаемые виды топлива, внушают большое

беспокойство. Но кто заметит, что в воздухе стало больше углекислого газа

? Он бесцветен и не имеет запаха. Он пузырится в прохладительных напитках. А

кто заметит постепенное, медленное повышение атмосферной температуры Земли на

один, два или три градуса по Фаренгейту ? Заметит планета, когда углекислый

газ через некоторое время окутает ее подобно одеялу, которое перестанет

пропускать избыточное тепло в космос. Жак Кусто, пионер освоения и

исследования океана, считает: "Когда концентрация углекислого газа достигнет

определенного уровня, мы окажемся как будто в парнике". Это значит, что

теплота, выделяемая Землей, будет задерживаться под слоем стратосферы.

Накапливающееся тепло повысит общую температуру. А увеличение ее даже на

один, два или три градуса по Фаренгейту приведет к таянию ледников. Миллионы

тонн растаявшего льда поднимут уровень морей на 60 метров. Города на

побережье и в долинах больших рек окажутся затопленными. По данному вопросу,

как и по многим другим, ученые разделились на два лагеря. В одном лагере

считают, что утолщающееся одеяло углекислого газа вызовет повышение

температуры и приведет к таянию ледников, то есть, по определению доктора

Говарда Уилкокса, превратить Землю в парник. Сторонники другого лагеря

полагают, что то же самое одеяло будет преграждать путь теплу, излучаемому

солнцем, что станет причиной наступления новой эры оледенения. Итак, что же

человечество должно делать ? Будем ли мы истощать остатки ископаемого

топлива, строить все большее число ядерных реакторов, рискуя изменить

температуру атмосферы, или же обратимся к океану - кладезю неиссякаемой

энергии - и будем искать способ извлечения этой энергии для достижения наших

целей - вот в чем заключается вопрос. Накануне вступления в 21 век ученые-

океанологи призывают прекратить пустые дискуссии и отказаться от надежды на

то, что "технологическое развитие разрешит все проблемы на суше". Они хотят

обратить внимание общества на океан, который заряжается энергией внеземного

происхождения, энергией доступной, не загрязняющей окружающую среду и

возобновляемой.

При современных темпах научно-технического прогресса существенные сдвиги

в океанской энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия. Океан

наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Она

доступна и безопасна, и не загрязняет окружающую среду, неиссякаема и

свободна. Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух и

образует ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который накапливает

тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в то же время

меняют свое направление под воздействием вращения Земли. Из космоса же

поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей

силой системы Земля - Луна и вызывает приливы и отливы. Океан - это не

плоское, безжизненное водное пространство, а огромная кладовая беспокойной

энергии. Здесь плещут волны, рождаются приливы и отливы, пересекаются

течения, и все это наполнено энергией.

Некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть

реализованы, и стать рентабельными уже в настоящее время. Вместе с тем

следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность

научно-инженерных работников улучшить существующие и создадут новые

перспективы для промышленного использования энергетических ресурсов Мирового

океана

ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

К биомассе, кроме уже упомянутых водорослей, можно также отнести

и продукты жизнедеятельности домашних животных. Так, 16 января 1998

года в газете «Санкт Петербургские Ведомости» была напечатана статья,

под названием «Электричество... из куриного помёта» в которой говорилось

о том, что находящаяся в финском городе Тампере дочерняя фирма

международного норвежского судостроительного концерна Kvaerner

стремится получить поддержку ЕС для сооружения в британском

Нортхэмптоне электростанции, действующей... на курином помете. Проект

входит в программу EС Thermie, которая предусматривает развитие новых,

нетрадиционных, источников энергии и методов сбережения

энергетических ресурсов. Комиссия ЕС распределила 13 января 140 млн

ЭКЮ среди 134 проектов.

Спроектированная финской фирмой силовая установка будет сжигать в

топках 120 тысяч тонн куриного помета в год, вырабатывая 75 млн киловатт-

часов энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена

традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому,

что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека

всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.

Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались

безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма". Но и

это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом

рынке нефти. И вот новый виток:в наши дни ведущими видами топлива пока

остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти

нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю.

Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.

Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные

источники. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля,

вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе

энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении

электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше

средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее

приходит на смену нефти и углю... Всегда было так: следующий источник

энергии был и более мощным. То была, если можно так выразиться,

"воинствующая" линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все

глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не

очень задумывался о последствиях своих дел и поступков Но времена

изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый, значительный этап

земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы

человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно

поврежденной биосферы Несомненно, в будущем параллельно с линией

интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия

экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой

мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.

Яркий пример тому -быстрый старт электрохимической энергетики, которую

позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро

аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей,

изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально

со Всем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее. Поэтому энергохимия,

водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в

антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме, -это всего лишь наиболее

яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на

наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.

Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки.

Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений,

кликов радости и побед. Тернист, непрост, непрям энергетический путь

человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и

что все препоны, преграды и трудности будут преодолены. Рассказ об энергии

может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее использования

при условии, что мы должны разработать для этого эффективные и экономичные

методы. Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках

энергии, ее качестве, и себестоимости. Нам, по-видимому. следует лишь

согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось

неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".

Литература.

В.Володин, П.Хазановский "Энергия, век двадцать первый".

А.Голдин "Океаны энергии".

Л.С. Юдасин "Энергетика: проблемы и надежды".

«Санкт-петербургские ведомости» No 08(1682) от 16.01.1998

ПРИЛОЖЕНИЯ

Конструкция преобразователя термальной энергии океана

По своей конструкции система замкнутого цикла очень проста. Насосы

осуществляют циркуляцию рабочей жидкости (жидкий пропан, фреон или

аммиак) через составные части электростанции - компрессоры, трубы и т.п.

Сначала рабочая жидкость попадает в камеру кипения. Здесь, нагреваясь от

теплой океанской воды, она превращается в газ. Газ устремляется в

турбогенератор, вращает его и вырабатывает электрический ток. Однако

отработанный газ не удаляется из установки. После прохождения через

турбогенератор он поступает в конденсатор, где конденсируется и сжижается.

Затем, уже опять в жидком состоянии, рабочая жидкость вновь накачивается в

камеру кипения, и цикл повторяется. Он прерывается только тогда, когда

электростанция прекращает свою деятельность из-за ремонтных или

периодических профилактических работ.

Энергетические фермы в океане

Бурые водоросли уже давно известны как полезные растения. Они использовались

для приготовления прованского масла и являлись ингредиентами в

производстве пластмасс, красок, картона, зубной пасты и питательной смеси

для животных. Не так давно бурые водоросли стали привлекать ученых-

океанологов как источник получения метана. "Мы можем рассаживать бурые

водоросли на океанских энергетических фермах, культивировать их, собирать

урожай и превращать запасенную в них энергию в метан. Как известно бурые

водоросли растут на мелководье. Для имитации дна пришлось построить большой

плот, погрузить на глубину 12 метров, покрыть его сетью полипропиленовых

тросов и прикрепить длинными канатами к дну океана, находящемуся значительно

глубже. Для выращивания на энергетической ферме был выбран вид бурых

водорослей - Macrocystis pyriefa (Макроцистис грушевидный). Это наибольший

по размерам вид бурых водорослей, вырастающий в океане до высоты, которой

на суше достигают лишь гигантские секвойи. Как только молодое растение

закрепится на дне, оно начинает расти вверх, к свету. Когда оно достигает

поверхности воды, его коричневые ветви лентами стелятся по залитой солнцем

поверхности моря. В этих-то ветвях и происходит превращение солнечной

энергии в химическую в процессе фотосинтеза.

Комбинированная установка по преобразованию энергии

волн и ветра

Конструкция данной установки состоит из двух частей: резервуара и

наклонной плоскости. Когда наклонная плоскость помещается в море, волны,

набегая на нее перекатываются и попадают в резервуар. Несмотря на

простоту конструкции установка генерирует значительное количество

электроэнергии. Даже в те дни, когда высота волн достигает двух метров,

а скорость ветра 25 км/ч, установка может вырабатывать 1.5 мегаватта.

Волно- ветряные преобразователи могут также быть смонтированы на

стальных каркасах, находящихся на причале в качестве волноломов-

электропроизводителей. Вычисления показывают, что пятнадцать таких таких

каркасов, каждый по 100 метров длиной, смогут обеспечивать электри-чеством

населенный пункт с двадцатитысячным населением. При этом поток энергии

будет постоянным, так как наклонные плоскости будут автоматически

подстраиваться под высоту волн, а каркасы волноломов поворачиваться,

ориентируясь по направлению ветра и волн. Специалисты рассчитывают создать

работающую энергосистему такого комбинированного типа. Технология ее проста,

недорога и вполне реальна. Необходимые капиталовложения невелики, волны и

ветры бесплатны.

Устройство солнечной тепловой электростанции

Гелиостаты (зеркальные модули) отслеживают положение Солнца и отражают

его лучи на коллектор солнечного излучения. Последний уста-навливается на

коллектор и нагревает теплоноситель. Дальнейшая передача тепловой энергии

от коллектора к электрогенератору происходит по схеме, используемой на

обычной ТЭС. Этот метод "собирания" солнечного излу-чения, т.е. повышение

интенсивности в сотни раз, технически наиболее перспективен. На рисунке

указаны некоторые параметры опытной промышленной СТЭС пиковой

электрической мощностью2 МВт, проект которой разработан во Франции.

Преобразователь энергии волн, выпрямитель Рассела

Эта установка регулирует движение воды так, что она поступает на

турбину только с одной стороны. Несколько резервуаров закреплены

на якорях в открытом море, при этом некоторые из них находятся над, а

некоторые - под поверхностью воды. Между верхними

и нижними резервуарами расположен турбогенератор.

Волны нагоняют воду в верхние резервуары. Оттуда она (

через невозвратные клапаны ) стекает вниз, приводит в движение

турбогенератор, производя тем самым электричество и выливается наружу.

Страницы: 1, 2