Нетрадиционная энергия

I.Солнечная альтернативная энергия

Солнце, как известно, является первичным и основным источником энергии для нашей планеты. Оно  греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Под его  лучами вырастает 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 триллионов тонн животных и бактерий. Благодаря тому же Солнцу на 3емле накоплены  запасы углеводородов, то есть нефти, угля, торфа и пр., которые мы сейчас активно сжигаем. Для того чтобы  сегодня человечество смогло удовлетворить  свои потребности в энергоресурсах, требуется в год около 10 миллиардов тонн условного топлива. (Теплота  сгорания условного топлива - 7 000 ккал/кг). Если  энергию, поставляемую на нашу планету Солнцем за год, перевести в то же условное топливо, то эта цифра составит около 100 триллионов тонн. Это в десять тысяч раз больше, чем нам нужно. Считается, что на 3емле запасено 6 триллионов тонн различных углеводородов. Если это так, то содержащуюся в них энергию Солнце отдает планете всего за три недели. И резервы его настолько велики, что светиться так же ярко оно сможет еще около 5 миллиардов лет. 3емные зеленые растения и морские водоросли утилизируют примерно 34% поступающей от Солнца энергии. Остальное теряется почти впустую, расходуясь на поддержание комфортного для жизни микроклимата в глубинах океана и на поверхности Земли. И если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы один процент (то есть 1 триллион тонн того самого условного топлива в год), то это бы решило многие проблемы на века вперед. И теоретически вполне понятно, как именно взять этот процент.

 

 

 

 

 

 

 

 

II.Ветровая альтернативная энергия

Человек использует энергию  ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие  просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле.  Полагают, что  технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это  более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический  потенциал планеты.

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. 

Главное препятствие для  него – рассеянность и непостоянство  ветровой энергии. Непостоянство  ветра  требует сооружения аккумуляторов  энергии, что значительно удорожает  себестоимость электроэнергии.  Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд). Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической  энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических  машин привело к появлению  на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые  ветроэлектрические агрегаты предназначены  для снабжения электроэнергией  отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного  тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который  одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током  нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних  островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Основное направление  использования энергии ветра  – получение электроэнергии для  автономных потребителей, а также  механической энергии для подъема  воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др.  В местностях,  имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного  хозяйственного ущерба допустимы кратковременные  перерывы в подаче энергии. Использование  же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки  стоят обычно в районах с постоянно  дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах  и т.д.) Такие установки уже  используют в России, США, Канаде, Франции  и других странах.

При использовании ветра  возникает серьезная проблема: избыток  энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок  энергию ветра? Простейший способ состоит  в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину  и  генератор постоянного или переменного  тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Геотермальная энергия

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.

Энергетика земли  (геотермальная  энергетика) базируется на использовании  природной теплоты Земли. Недра  Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии.

Источники геотермальной  энергии могут быть двух типов. Первый тип – это подземные бассейны естественных теплоносителей – горячей  воды (гидротермальные источники), или  пара (паротермальные источники), или пароводяной смеси. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин. Второй тип – это тепло горячих горных пород. Закачивая в такие горизонты воду, можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях.

Но в обоих вариантах  использования главный недостаток заключается, пожалуй, в очень слабой концентрации геотермальной энергии.

Геотермальную энергию используют для выработки электроэнергии, обогрева жилья, теплиц и т.п. В качестве теплоносителя  используют сухой пар, перегретую воду или какой-либо теплоноситель с  низкой температурой кипения (аммиак, фреон и т.п.).

 

 

 IV.Энергия Мирового океана                         

Известно, что запасы энергии  в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности  занимают моря и океаны. Энергия океана давно привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д.

Веками люди размышляли над  причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что  могучее природное явление –  ритмичное движение морских вод  вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные волны таят в себе огромный энергетический потенциал. 

Растет интерес специалистов к приливным колебаниям уровня океана у побережий материков. Энергию  приливов на протяжении веков человек  использовал для приведения в  действие мельниц и лесопилок. Приливная  энергия постоянна. Тем не менее ученые считают, что технически возможно и экономически выгодно использовать лишь очень небольшую часть приливного потенциала Мирового океана – по некоторым оценкам только 2%.

Считается, что наибольшими  запасами приливной энергии обладает Атлантический океан. Велики также  запасы приливной энергии в Тихом  океане. На восточном побережье Тихого океана благоприятные условия для использования приливной энергии имеются у берегов Канады, Чилийского архипелага на юге Чили, в узком и длинном Калифорнийском заливе Мексики. Значительные приливы наблюдаются и у побережий Китая и Корейского полуострова.

В пределах Северного Ледовитого океана по запасам приливной энергии  выделяются Белое море, в Мезенской  губе, и Баренцево море у берегов Кольского полуострова. В Индийском океане запасы такой энергии значительно меньше. Залив Кач Аравийского моря (Индия) и северо-западное побережье Австралии.

При сооружении ПЭС необходимо всесторонне оценивать их экологическое  воздействие на окружающую среду. Оно  довольно велико. В районах сооружения крупных ПЭС существенно изменяется высота приливов, нарушается водный баланс в акватории станции, что может  серьёзно сказаться на рыбном хозяйстве, разведении устриц, мидий и пр.

В океане, который составляет 72% поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии  – энергия волн и приливов; энергия  химических связей газов, солей и  других минералов; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; энергия  температурного градиента и др., и их можно преобразовывать в  стандартные виды топлива. Такие  количества энергии, многообразие её форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка.

 Океан наполнен внеземной  энергией, которая поступает в  него из космоса.   Она доступна  и безопасна, и не затрагивает  окружающую среду, неиссякаема  и свободна. Из космоса поступает  энергия Солнца. Она нагревает  воздух, образуя ветры, вызывающие  волны. Она нагревает океан,  который накапливает тепловую  энергию. Она приводит в движение  течения, которые в тоже время  меняют свое направление под  воздействие вращения Земли. Из  космоса же поступает энергия  солнечного и лунного притяжения. Она является движущей силой  системой Земля-Луна и вызывают приливы и отливы. Океан – это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромная кладовая беспокойной энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. Энергия биомасс

Понятие «биомасса» относят  к веществам растительного или  животного происхождения, а также  отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях  энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

Одно из наиболее перспективных  направлений энергетического использования  биомассы – производство из неё  биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м³ .

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12  куб. м  метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома  злаковых  культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника,  из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений , трав и др.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

 

 

 

 

VI. Список литературы

1. Энергетические ресурсы мира. Под редакцией Непорожнего П.С., Попкова В.И. - М.: Энергоатомиздат. 1995 г.
2. Кондаков А.М. Альтернативные источники энергии – География в школе. 4/88 – М.: Педагогика. 1988 г.
3. http://solar-battery.narod.ru/altenerg2.htm
4. http://www.energyland.info