YourLib.net
Твоя библиотека
Главная arrow Основы экологии (В.В. Маврищев) arrow 8.15. Альтернативные источники энергии
8.15. Альтернативные источники энергии

8.15. Альтернативные источники энергии

Если Его Величество дорожит прелестью своих
садов, белизной лица и красивостью белья и
если не хочет, чтобы его верноподданные
задохнулись и закоптели, подобно дурной
ветчине, то парламент убедительнейше просит
совершенно запретить употребление этого
горючего материала, называемого каменным углем.

Из послания английского парламента королю от 1316 г.

   Альтернативные источники энергии - это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, использование естественного тепла земных недр.
   В настоящее время солнечная энергия используется в некоторых странах в основном для отопления, для производства энергии - лишь в незначительных масштабах, хотя потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.
   Следует отметить, что всего лишь 0,0125 % энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а 0,5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.
   К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130 тыс. км2.
   В отличие от уловителей солнечной энергии, ветряные мельницы давно зарекомендовали себя в качестве альтернативного источника. Энергия движущихся воздушных масс огромна. Запасы энергии ветра более чем в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей республики и сопредельных стран СНГ, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии. Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра районы вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима людям, обживающим эти богатейшие края.
   Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо применяется? Известно, что двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Все дело в том, что они эффективны и экономичны только для мелкого пользователя. К сожалению, энергия ветра пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток - временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.
   Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии и требуют значительных затрат.
   Одни из примеров создания такой технологии - сооружение солнечной электростанции в калифорнийской пустыне. В 1996 г. там была построена высокая башня, заполненная тоннами соли. На ее крыше установлены 1900 солнечных батарей. Днем электростанция «питается» непосредственно от солнца, а в вечернее время, после его захода, соль, разогретая за день с помощью солнечных батарей до температуры 500 °С, доводит до кипения воду, а последняя, превращаясь в пар, раскручивает турбины. Это первая в мире солнечная электростанция - прообраз будущих подобных электростанций, способных вырабатывать и хранить электроэнергию.
   Данные установки перспективны для регионов с постоянным снабжением солнечной энергии и в первую очередь густонаселенных стран третьего мира, таких, как Китай, Индия, где потребление энергии ежегодно возрастает на 10 %.
   Возведение подобных электростанций в настоящее время - удовольствие дорогое. Сооружение электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность - около 10 МВт), обойдется в 190 млн долларов США. Это в 4 раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и, соответственно, в 3 раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее эксперты по использованию солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии солнца цены на нее значительно снизятся.
   Будущее энергетики - за ветряной и солнечной энергией. В 1995 г. в Индии приступили к осуществлению широкой программы по выработке энергии с помощью ветра. В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском Союзе - 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. Энергия, получаемая с помощью ветра, может постоянно возобновляться. Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки земного шара. Например, 1600 жителей острова Дезират в Гваделупе пользуются электричеством, которое вырабатывают 20 ветряных генераторов.
   При условии эффективного использования энергии ветра, ее было бы вполне достаточно, чтобы полностью покрыть глобальные нужды в электроэнергии. Таковы результаты замеров в более чем 8000 мест по всей планете. Для усовершенствования использования ветряной энергии в калифорнийском Стэнфордском университете была создана карта мира, на которой особо выделены места с наибольшей ветряной активностью. Привлекательными для использования считаются ветры, которые на высоте 80 м над землей достигают скорости 6,9 м/с и более. Такие ветры относятся к 3-му классу и являются типичными для Северного моря, южной части Южной Америки, Тасмании, а также Великих озер на севере Америки. Основная задача состоит в том, чтобы более целенаправленно выделять энергию ветра, считают ученые. Они установили, что потенциал дешевой энергии, скрытый в силе ветров, гораздо больше, чем предполагалось до сих пор. Исследователи подсчитали, что в местах с ветрами 3-й категории ежегодно вырабатывается около 72 ТВт энергии. Даже если учесть, что использоваться будет только небольшой процент от общего количества, его должно с избытком хватить на все энергозатраты планеты - в 2000 г. они составляли 1,6 - 1,8 ТВт. 1 ТВт равен 1 млрд кВт. Для получения 1 ТВт электроэнергии в настоящее время требуется приблизительно 500 атомных станций, или несколько тысяч ТЭС.
   Еще один источник энергии, не загрязняющий окружающую среду, - подземное тепло нашей планеты. Насколько колоссальна мощь этой энергии все знают на примерах катастрофических извержений вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана огромна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - пока у людей нет возможностей обуздать эту непокорную стихию.
   Однако другие способы использовать дешевую и доступную энергию чедовек предпринимает. Название страны «Исландия» переводится как «ледяная страна». Местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато она очень богата горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли.
   Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем маломощная, была построена в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 г. составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Пар из-под земли поступает в турбины электростанции. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни ее мощность достигла уже внушительной величины - 360 тыс. кВт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тыс. кВт. В 120 км от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тыс. кВт. На Камчатке электроток дает Паужетская геотермальная станция.
   Но это пока лишь крохотная доля использования данной энергии. Потенциальная мощность геотермальной энергетики несравненно выше.
   Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Для использования энергии приливов и отливов ПЭС обычно строят в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. Конструкция такой станции примерно следующая. В обычном портовом волноломе оставляются отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а вместе с тем и давление остающегося в отверстиях воздуха. «Выдавливаемый» наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие ПЭС могут использовать до 45 % приливной энергии.
   С 1967 г. в устье реки Ране (Бретань) во Франции на приливах высотой до 13 м работает энергоустановка, состоящая из 24 реверсивных турбогенераторов. Выходная мощность установки 240 МВт - одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции. Одна из первых ПЭС в бывшем Советском Союзе построена в 1968 г. в Кислой Губе около Мурманска. Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии.
   Геологи установили, что на глубине 4-6 км залегают раскаленные до 180-200 °С массивы, занимающие большую часть территории бывшего Советского Союза. Области же с температурой недр до 100-150 °С встречаются почти повсеместно. Также установлено, что на нескольких миллионах квадратных километрах располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3,5 км и температурой воды до 200 °С. Вся эта горячая вода находится под давлением. Поэтому достаточно пробурить скважину, чтобы мощный фонтан пара и горячей воды вырвался наружу. Использовать его можно или на обогрев зданий, или получить электроэнергию, пустив на турбины электростанций.
   Одним из достижений использования альтернативных источников энергии, широко применяющихся в целом ряде государств, является производство биогаза из биомассы, образованной отходами жизнедеятельности животных и человека. Оно основано на анаэробном разложении целлюлозы и содержащего азот органического вещества смешанными популяциями микроорганизмов, куда входят бактерии, расщепляющие целлюлозу на органические кислоты и превращающие их затем в метан.
   Опыт, накопленный в Индии, показывает, что навоз от 10 коров дает ежедневно 1,8 м3 биогаза, что эквивалетно 1,3 л бензина. Этого достаточно для приготовления пищи для четырех человек или работы 100-ваттной свечевой лампочки в течение 14 ч. Кроме того, отработанный остаток является отличным удобрением, по своей ценности намного превосходящим навоз.
   В Индии для получения биогаза используется около 1 млн дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн. С точки зрения экологии, биогаз имеет огромные преимущества, так как он может заменить дрова и таким образом способствовать борьбе против ликвидации лесов и опустынивания. В Европе уже целый ряд установок по очистке городских сточных вод удовлетворяют все свои энергетические потребности за счет производимого ими биогаза.
   Еще одним альтернативным источником энергии является различное сельскохозяйственное сырье - сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, топинамбур и др. В некоторых странах из него методом ферментации производят жидкое топливо, в частности этанол. Так, в Бразилии растительную массу преобразуют в этиловый спирт в таких количествах, что она уже удовлетворяет большую часть своих потребностей в автомобильном топливе. Сырье, необходимое для организации массового производства этанола, - это в основном сахарный тростник, который активно участвует в процессе фотосинтеза и производит больше энергии на каждый гектар обрабатываемой площади, чем другие культуры. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн т, что соответствует 5,6 млн т бензина самого высокого качества.
   В США уже в течение нескольких лет производится «биохол» - горючее для автомобилей, содержащее 10 % этанола, полученного из кукурузы.
   Там же, в США, при поддержке военно-морского флота в середине 70-х гг. прошлого века группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов (12 м) под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая. 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. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно 100 тыс. акров (40 тыс. га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 тыс. человек».

 
< Пред.   След. >