Альтернативні джерела енергії

З 1967 р. в гирлі річки Ранс у Франції на приливах заввишки до 13 метрів працює ПЕС потужністю 240 тис. кВт з річною віддачею 540 тис. кВт/ч [4].

2.3 Енергія морських течій

Невичерпні запаси кінетичної енергії морських течій, накопичені в океанах і морях, можна перетворювати на механічну і електричну енергію за допомогою турбін, занурених у воду.

Найважливіша і найвідоміша морська течія - Гольфстрім. Його основна частина проходить через Флоридську протоку між півостровом Флорида і Багамськими островами. Ширина течії складає 60 км, глибина до 800 м, а поперечний перетин 28 км2. Енергію Р, яку несе такий потік води із швидкістю 0,9 м/с, можна виразити формулою:

де m маса води (кг), р - щільність води (кг/м3), А-перетин (м2),

v- швидкість (м/с).

Якби ми змогли повністю використовувати цю енергію, вона була б еквівалентна сумарній енергії від 50 крупних електростанцій по 1000 МВт, Але ця цифра чисто теоретична, а практично можна розраховувати на використовування лише близько 10% енергії течії.

В даний час у ряді країн, і в першу чергу в Англії, ведуться інтенсивні роботи по використовуванню енергії морських хвиль. Британські острови мають дуже довгу берегову лінію, в багатьох місцях море залишається бурхливим протягом довгого часу. За оцінками учених, за рахунок енергії морських хвиль з англійських територіальних водах можна було б одержати потужність до 120 ГВт, що удвічі перевищує потужність всіх електростанцій, що належать Британському Центральному електроенергетичному управлінню [6].

2.4 Енергія біомаси

У океані існує чудове середовище для підтримки життя, до складу якого входять живильні речовини, солі і інші мінерали. У цьому середовищі розчинений у воді кисень живить всіх морських тварин від найменших до найбільших, від амеби до акули. Розчинений вуглекислий газ так само підтримує життя всіх морських рослин від одноклітинних діатомових водоростей досягаючих 60-90 метрів бурих водоростей. Морському біологу потрібно зробити лише крок вперед, щоб перейти від сприйняття океану як природної системи підтримки життя до спроби почати на науковій основі витягувати з цієї системи енергію. При підтримці військово-морського флоту США у середині 70-х років група фахівців у області дослідження океану, морських інженерів і водолазів створила першу в світі океанську енергетичну ферму на глибині 12 метрів під залитою сонцем гладінню Тихого океану поблизу міста Сан- Клемент. Ферма була невелика, по суті своїй, все це було лише експериментом. На фермі вирощувалися гігантські каліфорнійські бурі водорості. На думку директора проекту доктора Говарда А. Уїлкокса, співробітника центру дослідження морських і океанських систем в Сан-Дієго (Каліфорнія), "до 50 % енергії цих водоростей може бути перетворене в паливо - в природний газ метан(С2Н6). Океанські ферми майбутнього, що вирощують бурі водорості на площі приблизно 40000 га, зможуть давати енергію, якої вистачить, щоб повністю задовольнити потреби американського міста з населенням в 50 000 чоловік" [1].

2.5 Внутрішня Енергія Молекул Води

Звичайно, доступ до запасів електроенергії надає прекрасні можливості, але електроенергія не піднімає в небо літаки, не рухатиме легкові і вантажні автомобілі і автобуси, не поведе кораблі через моря. Проте літаки і легкові автомобілі, автобуси і вантажівки можуть приводитися в рух газом, який можна витягувати з води. Цей газ - водень, і він може використовуватися як пальне. Водень - один з найпоширеніших елементів у Всесвіті. У океані він міститься в кожній краплі води. Витягнутий з води водень можна спалювати як паливо і використовувати не тільки для того, щоб приводити в рух різні транспортні засоби, але і для отримання електроенергії. Все більше число хіміків і інженерів з ентузіазмом відноситься до "водневої енергетики" майбутнього, оскільки одержаний водень достатньо зручно зберігати: у вигляді стислого газу в танкерах або в зрідженому вигляді в криогенних контейнерах. Його можна зберігати і в твердому вигляді після з'єднання з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати в міру необхідності.

У 60-ті роки фахівцям з НАСА вдалося так успішно здійснити процес електролізу води і так ефективно збирати водень, що вивільняється, що одержуваний таким чином водень використовувався під час польотів за програмою "Аполлон" [7].

3. ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ

Після енергетичної кризи 1973 р. урядами країн і приватними компаніями були вжиті заходи по пошуку нових видів енергетичних ресурсів для отримання електроенергії. Таким джерелом в першу чергу стала сонячна енергія.

Сьогодні для перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію ми маємо в своєму розпорядженні дві можливості: використовувати сонячну енергію як джерело тепла для вироблення електроенергії традиційними способами, або ж безпосередньо перетворювати сонячну енергію в електричний струм в сонячних елементах.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена за великою площею, будь-яка установка для прямого використовування сонячної енергії повинна мати збираючий пристрій з достатньою поверхнею.

Потенційні можливості енергетики, заснованої на використовуванні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Відзначимо, що використовування всього лише 0.0125 % кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використовування 0.5 % - повністю покрити потреби на перспективу. На жаль, навряд коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах.

Однією з найсерйозніших перешкод такій реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть за якнайкращих атмосферних умов густина потоку сонячного випромінювання складає не більш 250 Вт/м2. Щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства потрібно розмістити їх на території 130 000 км2.Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, спричиняє за собою значні матеріальні витрати.

Існують різні чинники, що обмежують потужність сонячної енергетики. Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж одержувана традиційними способами. Учені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на дослідних установках і станціях, допоможуть розв'язати не тільки технічні, але і економічні проблеми [2].

3.1 Концентрування сонячного світла

Сфокусувати сонячне проміння можна за допомогою увігнутого дзеркала. Воно є основною частиною гелиоконцентратора, приладу, в якому паралельне сонячне проміння збирається за допомогою увігнутого дзеркала. Якщо у фокус дзеркала помістити трубу з водою, то вона нагріється. Такий принцип дії сонячних перетворювачів прямої дії.

Найефективніше їх можна використовувати в південних широтах, але і в середній смузі вони знаходять застосування. Дзеркала в установках використовуються або традиційні - скляні, або з полірованого алюмінію. Найефективніші концентратори сонячного випромінювання (мал. 2) мають форму:

Мал. 2. Форми концентраторів сонячної енергії

1.циліндрового параболоїда (а);

2.параболоїда обертання (б);

3.плоско-линейной лінз Френеля (в).

Фірма Loose Industries на сонячно-газовій електростанції в Каліфорнії використовує систему параболо-цилиндрических довгих відбивачів у вигляді жолоба. У його фокусі проходить труба з теплоносієм - дифенілом, що нагрівається до 350°С. Жолоб повертається для стеження за сонцем тільки навколо однієї осі. Це дозволило спростити систему стеження за сонцем. Сонячна енергія може безпосередньо перетворюватися в механічну. Для цього використовується двигун Стірлінга. Якщо у фокусі параболічного дзеркала діаметром 1,5 м встановити динамічний перетворювач, що працює по циклу Стірлінга, одержуваної потужності (1 кВт) досить, щоб піднімати з глибини 20 метрів 2 м3 води в годину.

Денна продуктивність на широті 50° приблизно рівна 2 кВт/ч з квадратного метра. Температура води в баку-акумуляторі досягає 60-70°. ККД установки - 40%.

Теплові концентратори це - дерев'яні, металеві, або пластикові короби, з одного боку закриті одинарним або подвійним склом. Всередину короба для максимального поглинання сонячного проміння вставляють хвилястий металевий лист, забарвлений в чорний колір. У коробі нагрівається повітря або вода, які періодично або постійно відбираються звідти за допомогою вентилятора або насоса[6].

3.2 Перетворювачі сонячної енергії

Інтенсивність сонячного світла на рівні моря складає 1-3 кВт на квадратний метр. ККД кращих сонячних батарей складає 12-18 %. З урахуванням ККД перетворення енергії сонячного проміння за допомогою фотоперетворювачів дозволяє одержати з одного квадратного метра не більш 1/2 кВт потужностей.

Досвід використовування сонячної енергії в помірних широтах показує, що енергію сонця вигідніше безпосередньо акумулювати і використовувати у вигляді тепла. Існує два основні напрями в розвитку сонячної енергетики: рішення глобального питання постачання енергією і створення сонячних перетворювачів, розрахованих на виконання конкретних локальних задач. Ці перетворювачі, у свою чергу, також діляться на дві групи; високотемпературні і низькотемпературні .

У перетворювачах першого типу сонячне проміння концентрується на невеликій ділянці, температура якої підніметься до 3000°С. Такі установки вже існують. Вони використовуються, наприклад, для плавки металів (мал. 3.)

Мал. 3. Високотемпературний геліостат

Найчисленніша частина сонячних перетворювачів працює при набагато менших температурах - порядку 100-200°С. З їх допомогою підігрівають воду, піднімають з колодязів. Енергію сонця можна акумулювати вдень для обігріву будинків і теплиць в нічний час.

Сонячні установки практично не вимагають експлуатаційних витрат, не потребують ремонту і вимагають витрат лише на їх споруду і підтримку в чистоті.

3.3 Геліоустановки на широті 60°

Одним з лідерів практичного використовування енергії Сонця стала Швейцарія. Тут побудовано приблизно 2600 геліоустановок на кремнієвих фотоперетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних пристроїв для отримання теплової енергії.

Геліоустановку на кремнієвих фотоперетворювачах, найчастіше потужністю 2-3 кВт, вмонтовують на дахах і фасадах будівель. Вона займає приблизно 20-30 квадратних метрів. Така установка виробляє в рік в середньому 2000 кВт/ч електроенергії, що достатнє для забезпечення побутових потреб середнього швейцарського будинку і зарядки бортових акумуляторів електромобіля. Денний надлишок енергії в літню пору направляють в електричну мережу загального користування. Взимку ж, особливо вночі, енергія може бути безкоштовно повернена власнику геліоустановки.

Крупні фірми вмонтовують на дахах виробничих корпусів геліостанції потужністю до 300 кВт. Одна така станція може покрити потреби підприємства в енергії на 50-70%.

У районах альпійського високогір'я, де нерентабельно прокладати лінії електропередач, будуються автономні геліоустановки з акумуляторами.

Досвід експлуатації свідчить, що Сонце вже в змозі забезпечити енергопотреби, щонайменше, всіх житлових будівель в країні. Геліоустановки, розташовуючись на дахах і стінах будівель, на шумозахисних огорожах автодоріг, на транспортних і промислових спорудах не вимагають для розміщення дорогої сільськогосподарської або міської території.

Сучасна концепція використовування сонячної енергії якнайповніші виражена при будівництві корпусів заводу в Арісдорфе, де сонячним панелям загальною потужністю 50 кВт ще при проектуванні була відведена додаткова роль елементів перекриття і оформлення фасаду.

ККД кремнієвих фотоперетворювачів при сильному нагріві помітно знижується і, тому, під сонячними панелями прокладені вентиляційні трубопроводи для прокачування зовнішнього повітря. Нагріте повітря працює як теплоносій колекторних пристроїв. Темно-сині, іскристі на сонці фотоперетворювачі на південному і західному фасадах адміністративного корпусу, віддаючи в мережу 9 кВт електроенергії, виконують роль декоративного облицьовування [7].

4. ГИДРОЕНЕРГЕТИКА

Величезні запаси енергії приховані в поточній воді внутрішніх вод. Раніше всього люди навчилися використовувати енергію річок. Переваги гідроелектростанцій очевидні: постійно відновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища.

Витрати на будівництво ГЕС великі, але вони компенсуються тим, що не доводиться платити за джерело енергії - воду. Потужність сучасних ГЕС, спроектованих на високому інженерному рівні, перевищує 100 МВт, а К.П.Д. складає 95% . Така потужність досягається при досить малих швидкостях обертання ротора, тому сучасні гідротурбіни вражають своїми розмірами.

Але поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб, людство одержало б додатково колосальну кількість енергії.

4.1 Мала гідроенергетика

Україна практично не використовується енергія малих річок. Хоча, як показують розрахунки, в Криму є велика кількість річок з витратою води 2 м3/сек, достатнім для роботи турбіни, на яких можна встановити каскад мікро ГЕС. Турбіни малої потужності вже виготовлені і чекають свого упровадження. Мікро ГЕС - це екологічно чисті підприємства, вони могли б забезпечувати електроенергією туристські підприємства гірського Криму, служби заповідників і інші видалені точкові об'єкти.

До об'єктів малої гідроенергетики відносяться міні-ГЕС - потужністю до 100 кВт, мікро-ГЕС - до 100 кВт і власне малі ГЕС - 15-25 МВт.

Упровадження даних енергозберігаючих заходів дозволить скоротити на 25 -80% споживання електроенергії на існуючих інженерних спорудах і мережах житлово-комунального господарства Автономної Республіки Крим і поліпшити екологічну обстановку в санаторно-курортних зонах Криму.

Експлуатація малих ГЕС в Криму дає можливість додатково виробляти до 5 млн. кВт/ч електроенергії в рік, що еквівалентне щорічній економії до 1,5 тис. т дефіцитного органічного палива [2].

5. ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГІЯ

Людство знає про катастрофічні виверження вулканів, що понесли мільйони людських життів, що невпізнанно змінили вигляд багатьох місць на Землі.

Маленька європейська країна Ісландія практично немає джерел енергії. Зате дуже багата ця країна гарячими джерелами і знаменитими гейзерами-фонтанами гарячої води, з точністю хронометра виривається з-під землі. І хоча не ісландцям належить пріоритет у використовуванні тепла підземних джерел, жителі цієї маленької північної країни експлуатують підземну котельну дуже інтенсивно. Столиця - Рейк'явік, опалюється тільки за рахунок підземних джерел. Вже давно працюють електростанції, що використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло.

За минулі 15 років виробництво електроенергії на геотермальних електростанціях в світі значно виросло. Роботи по вивченню геотермальних джерел і створенню прогресивних систем для витягання і практичного використовування геотермальної енергії ведуться в Україні і багатьох зарубіжних країнах.

Узагальнення і аналіз світового досвіду використовування геотермальної енергії показує, що по масштабах використовування теплоти надр України істотно відстає від багатьох зарубіжних країн. Однією з основних причин є відсутність достатнього економічних і ефективних технологій витягання і використовування низькотемпературних теплоносіїв.

Розробка і освоєння інтенсивних технологій витягання теплоносія і створення ефективних систем використовування теплоти надр є головною науковою і інженерно-технічною проблемою енергетики. Без створення таких технологій і установок не можна розраховувати на широкомасштабне використовування цього енергоджерела [3].

Технічна можливість на сучасному етапі розвитку наукових досягнень, дозволяє досягти в найближчі 15 років до 10-15 % використовування цього потенціалу і одержати до 15 млрд. МВт. ч. додаткової теплової енергії для цілей теплопостачання в північних і північно-західних районах Криму.

Сучасний розвиток геотермальної енергетики припускає економічну доцільність використовування наступних видів підземних геотермальних вод:

Страницы: 1, 2, 3