Солнце. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по
справедливости считается Солнце. Оно ежесекундно излучает энергию в тысячи
миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U235. Ежесекундно оно
дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше,
чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Внутри
Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и
ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем
в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.
Впервые на практическую возможность использования людьми огромной
энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики
К.Э. Циолковский в 1912 году.
Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не
всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся
усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд
в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании
“Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37
процентов попавшего на него солнечного света.
Были разработаны параболо-цилиндрические концентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов. Это привело к созданию первых солнечных электростанций (СЭС) башенного типа.
Широкое применение эффективных материалов, электронных устройств и параболо-цилиндрических концентраторов позволило построить СЭС с уменьшенной стоимостью - системы модульного типа. В качестве теплоносителя использовалась вода, а полученный пар подавался к турбинам. Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, а себестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт- ч).
В период между 1984 и 1990 г. фирмой Луз было построено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Последние СЭС, построенные фирмой Луз, производят электроэнергию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективой снижения до 10 центов/(кБт-ч).
Д. Миле из университета Сиднея улучшил конструкцию солнечного
концентратора, использовав слежение за Солнцем по двум осям и применив
вакуумированный теплоприемник, получил КПД 25-30%. Стоимость
получаемой электроэнергии составит 6
центов/(кВт-ч). Считают, что подобная система позволит снизить стоимость
получаемой электроэнергии до 5,4 цента/(кВт-ч). При таких показателях
строительство СЭС станет экономичным и конкурентоспособным по сравнению с
ТЭС.
Другим типом СЭС, получившим развитие, стали установки с двигателем
Стирлинга, размещаемым в фокусе параболического зеркального концентратора.
КПД таких установок "может достигать 29%.
Предполагается использовать подобные СЭС небольшой мощности для электроснабжения автономных потребителей в отдаленных местностях.
Мировой объем производства фотоэлектрических преобразователей с 6,5
МВт в 1980 г. увеличился до 29 МВт в 1987 г. и в 1993 г. составил более 60
МВт (рис.).
Рис. Производство фотоэлектрических устройств в мире в 1970-1993 гг.
В Японии ежегодно выпускается 100 млн. калькуляторов общей мощностью 4
МВт, что составляет 7% мировой торговли фотоэлектрическими
преобразователями. Более 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии, Южной Африке,
Шри-Ланке и в других развивающихся странах используют фотоэлектрические
системы, смонтированные на крышах домов, для получения электроэнергии для
бытовых целей.
Ветер. На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и
возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать”
зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер - это очень
рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не
пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда
“размазана” по огромным территориям.
Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце.
Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для
полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность
“ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще
важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая
проблема пока решается с трудом.
Выработка электроэнергии с помощью ветра имеет ряд преимуществ:
- экологически чистое производство без вредных отходов;
- экономия дефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);
- эоступность;
- эрактическая неисчерпаемость.
Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин.
Море. Основной источник возобновляемой энергии – солнце. Второй по величине – Мировой океан, являющийся одновременно и природным концентратором солнечной энергии.
Формы аккумуляции энергии в океане разнообразны. Энергетические источники океана имеют различные по потенциалу ресурсы. Значительные энергетические возможности заключают в себе: волны, приливы и течения, тепловая энергия океана, перепады солености.
Исследования дают основание сделать вывод, что волны в сравнении с другими возобновляемыми источниками энергии океана обладают довольно хорошими показателями, что позволит в будущем эффективно использовать их энергию.
Каждая волна моря, направляющаяся к берегу, несет с собой огромную энергию (например, волна высотой в 3 м несет около 90 кВт мощности на 1 м побережья). В настоящее время имеются реальные инженерные и технические возможности для эффективного преобразования волновой энергии в электрическую. Однако надежные волноустановки пока не разработаны. Опыт использования волновых электростанций уже имеется и в СНГ, и в других странах мира.
Наиболее совершенен проект “Кивающая утка”, предложенный конструктором
С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего
2,6 пенса за 1 КВтч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии,
которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в
Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за
1 КВтч).
Приливы. Первая большая электростанция, работающая на энергии
приливов, была построена в 1968г. в устье реки Ранс (Франция).
Электростанция работает следующим образом. Когда начинается отлив, заслонки
в дамбе закрывают, поддерживая высокий уровень воды за плотиной. При
разнице уровней в 3 м. заслонки открывают, и вода устремляется в море,
вращая лопатки 24-х больших турбин, а вместе с ними и роторы
электрогенераторов. Когда опять начинается прилив, вода через открытые
заслонки проходит за плотину, и цикл повторяется (см. рис. №5).
Реки. Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.
Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую... Была бы поблизости речушка!
Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.
Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.
Земля. Геотермальная энергия. Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать электричество. Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который вращает турбину.
За прошедшие 15 лет производство электроэнергии на геотермальных электростанциях (ГеоТэс) в мире значительно выросло. В последние два десятилетия выполнялись обширные программы научно-исследовательских, опытно- конструкторских и технологических работ в этом направлении. Накоплен также определенный опыт создания и многолетней эксплуатации опытно-промышленных и промышленных геотермальных установок различного назначения.
Современное развитие геотермальной энергетики предполагает экономическую целесообразность использования следующих видов подземных геотермальных вод:
- температурой более 140°С и глубиной залегания до 5 км для выработки электроэнергии;
- температурой около 100°С для систем отопления зданий и сооружений;
- температурой около 60-70°С для систем горячего водоснабжения;
- геотермальные холодильные установки;
- системы геотермального теплоснабжения теплиц.
ГеоТЭЦ позволит получать дополнительно 760-1010 млн. кВт/ч электроэнергии в год.
Использование теплоты геотермальных вод представляет пока еще определенную сложность, связанную со значительными капитальными затратами на бурение скважин и обратную закачку отработанной воды, создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования
Энергия Биомассы. Большие возможности в собственном энергообеспечении сельскохозяйственных предприятий и экономии ТЭР заложены в использовании энергии отходов сельхозпроизводства и растительной биомассы. В сельскохозяйственном производстве в качестве источников тепла можно принять любые растительные отходы, непригодные для использования по прямому назначению или не нашедшие иного хозяйственного применения.
За последнее время использование биомассы в различных ее формах
(дерево, древесный уголь, отходы сельскохозяйственного производства и
животных) в мире в целом снизилось.
