Альтернативные источники энергии: современный обзор и перспективы развития

Энергия приливов и отливов.

Несоизмеримо  более мощным источником водных потоков  являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в  год. Для сравнения: это примерно столько же энергии, сколько может  дать использование в энергетических целях разведанных запасов каменного  и бурого угля, вместе взятых; вся  экономика США 1977 г. базировалась на производстве 200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года – на 1150 млрд., хрущевский “коммунизм”  к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов. Образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч  современных “Америк” при максимально  эффективном использовании приливов и отливов, но до этого пока далеко. Проекты приливных гидроэлектростанций  детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе  и на Кольском полуострове. Продумана  даже стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС): накапливать  воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать  ее на производство электроэнергии, когда наступает “пик потребления” в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.

На сегодняшний  день ПЭС уступает тепловой энергетике: кто будет вкладывать миллиарды  долларов в сооружение ПЭС, когда  есть нефть, газ и уголь, продаваемые  развивающимися странами за бесценок? В тоже время она обладает всеми  необходимыми предпосылками, чтобы  в будущем стать важнейшей  составляющей мировой энергетики, такой, какой сегодня, к примеру,  является природный газ.

Для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных  для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия.  И все же процент за процентом в мировой  энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого  столетия.

Первая  приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции  в устье реки Ранс, впадающей в  пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда  приливов составляет 8.4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль  назвал ее выдающимся сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит  расходы на возведение речной ГЭС  такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и  в настоящее время эффективно используется.

Существуют  также проекты крупных ПЭС  мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный энергетический потенциал  Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12.9 м, а в Гижигинской  губе - 12-14 м .

Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских  приливов связаны с возможностью применения геликоидной турбины  Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на строительство.

Энергия волн.

Уже инженерно  разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении или вообще при полном штиле. На дно  моря или озера устанавливается  вертикальная труба, в подводной  части которой сделано “окно”; попадая в него, глубинная волна (а это – почти постоянное явление) сжимает воздух в шахте, а тот  крутит турбину генератора. При обратном движении воздух в турбине разрежается, приводя в движение вторую турбину. Таким образом, волновая электростанция работает беспрерывно почти при  любой погоде, а ток по подводному кабелю передается на берег.

Некоторые типы ВЭС могут служить отличными  волнорезами, защищая побережье  от волн и экономя, таким образом, миллионы долларов на сооружение бетонных волнорезов.

Под руководством директора Лаборатории энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был разработан проект первой в мире океанской электростанции. Она будет сооружена во Флоринском проливе, где берет начало Гольфстрим. На его выходе из Мексиканского залива мощность водяного потока составляет 25 млн. м³ в секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! По подсчетам специалистов средства, вложенные в проект, окупятся в течение пяти лет.

В этой уникальной электростанции для получения тока мощностью 38 кВт будет использоваться турбина Горлова. Эта геликоидная  турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее  скорости течения. В отличие от многотонных  металлических турбин, применяемых  на речных гидроэлектростанциях, размеры  изготовленной из пластика турбины  Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса ее всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает  трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.

Гольфстрим - не единственное океанское течение, которое может быть использовано для выработки энергии. Японские ученые, например, говорят о большой  эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио. О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие  цифры: у южной оконечности острова  Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения - до 700 м, а объем потока - почти 38 млн. м³ в секунду!

Геотермальная энергия.

Подземное тепло планеты – довольно хорошо известный и уже применяемый  источник “чистой” энергии. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетки. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в  районах Ландерелло, Монте-Амиата и  Травеле, работают 11 таких станций  общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют  также в США (Калифорния, Долина Больших  Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии, Мексики и Японии. Столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих  подземных источников. Но потенциальная  мощность геотермальной энергетики намного выше.

Геологи открыли, что раскаленные до 180-200^оС массивы на глубине 4-6 км занимают большую часть территории нашей страны, а с температурой до 100-150°С встречаются почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных километров располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3.5 км и с температурой воды до 200°С – естественно, под давлением, – так что, пробурив ствол, можно получить фонтан пара и горячей воды без всякой электротеплоцентрали.

Гидротермальная энергия.

Кроме геотермальной  энергии активно используется тепло  воды. Вода – это всегда хотя бы несколько  градусов тепла, а летом она нагревается  до 25° С. Почему бы не использовать часть этого тепла? Для этого необходима установка, действующая по принципу “холодильник наоборот”. Известно, что холодильник “выкачивает” из своей замкнутой камеры тепло и выбрасывает его в окружающую среду. Если пропускать воду через холодильный аппарат, то у нее тоже можно отбирать тепло. Горячий пар, который образуется в результате теплообмена, конденсируется, его температура поднимается до 110°С, а затем его можно пускать либо на турбины электростанций, либо на нагревание воды в батареях центрального отопления до 60-65° С. На каждый киловатт-час затрачиваемой на это энергии природа дает 3 киловатт-часа! По тому же принципу можно получать энергию для кондиционирования воздуха при жаркой погоде.

Подобные  установки наиболее эффективны при  больших перепадах температур, как, например, в морях: на глубине вода очень холодна – около 4°С, а на поверхности нагревается до 25° С, что составляет 20 градусов разницы! Все необходимые инженерные разработки уже проведены и опробованы экспериментально (например, у атолла Каваратти в Лаккадивском архипелаге около юго-западного побережья Индии), осталось только претворить их в жизнь везде, где имеются подходящие природные условия.

Пришло  время, когда человечество вплотную должно заняться сохранением среды  своего обитания. Необходимы как научные, так и практические усилия для  охраны природы, чтобы род человеческий не только выжил, но и продолжал развиваться.

Естественным  путем выживания являются максимизация стратегии бережливости в отношениях с окружающим миром и увеличение замкнутости круговорота всех веществ, вовлекаемых в сферу человеческой деятельности.

Однако  легко это сформулировать теоретически, но очень трудно  перевести на язык практической деятельности. В  этом сложном процессе должны участвовать  все члены мирового сообщества, начиная  от международных организаций и  кончая каждым человеком в отдельности  в его обычной жизни. Тогда  на первом плане окажутся не идеологические, а экологические проблемы; доминировать будут не отношения между нациями, а отношения между человечеством и природой.

ГЛАВА 2. ПЕРСПЕКТИВЫ И  ИНВЕСТИЦИИ АИЭ

2.1. Перспективы

На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего  около 1 % мировой выработки электроэнергии. Речь идет, прежде всего, о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.

Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах.

         В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25% энергии из ветра ^[4]

       В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый спирт.

       Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.

       По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.

      Россия может получать 10% энергии из ветра.

      По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей, а также слабой озабоченностью экологической обстановкой в стране властей, бизнеса и населения. Один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ – отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию, производимую на основе ВИЭ (feed-in tariff ).

2.2.Инвестиции

           Согласно отчёту ООН, в 2010 году во всём мире было инвестировано $150 млрд в проекты, связанные с альтернативной энергетикой, тогда как в производство угля и нефти было инвестировано $115 млрд.

         Во всём мире в 2010 году инвестировали $51,8 млрд в ветроэнергетику, $33,5 млрд в солнечную энергетику и $16,9 млрд в биотопливо. Страны Европы в 2010 году инвестировали в альтернативную энергетику $50 млрд, страны Америки — $30 млрд, Китай — $15,6 млрд, Индия — $4,1 млрд.

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несомненно, что в ближайшие десятилетия  уголь, нефть и газ будут основополагающими  топливами для получения электрической  и тепловой энергии. И самая главная  этому причина - их относительная  простота добычи и непосредственно  использования в качестве топлива. В настоящем реферате показаны некоторые  альтернативные источники энергии, рассмотрены наиболее распространенные и работоспособные схемы получения  электрической энергии при помощи солнца, ветра, морских течений и  т.д. Все эти схемы опираются  на реально существующие и работающие установки. Так что сокращение потребления  органического топлива электростанциями для выработки электроэнергии не такая уж и фантастика, а вполне осуществимая задача, в решении которой  альтернативная энергетика сыграет  решающую роль.

В итоге, человечество придет к тому, что каждое предприятие, здание, жилой дом и автомобиль будет иметь свой собственный экологически чистый, возобновляемый источник энергии, что позволит нам обходиться без нефтяных скважин, угольных шахт, электростанций, линий электропередачи и избавиться, таким образом, от всех негативных последствий их использования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСОВ

 

 

 

1. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика. – М: МЭИ, 2008
2. Германович В.И., Турилин А.Г. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы. – М: Наука и техника, 2011
3. Голицын М. В. Альтернативные энергоносители. – М.: Наука, 2004
4. Гибилиско Стэн Альтернативная энергетика без тайн. – М:Эксмо, 2010
5. Web-site Ресурс об альтернативной энергетике alternativenergy.ru
6. Web-site Википедия «Альтернативная энергетика» wikipedia.org