Нетрадиционные возобновимые источники энергии

обнаружили ряд отрицательных явлений. Например, распространение

ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные

звуковые колебания. Появление экспериментального ветродвигателя на

Оркнейских островах (Англия) в 1986 году вызвало многочисленные жалобы от

телезрителей ближайших населенных пунктов . В итоге около ветростанции

был построен телевизионный ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной

турбины были выполнены из стеклопластика, который не отражает и не

поглощает радиоволны. Помехи создавал стальной каркас лопастей и имеющиеся

на них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов молний.

Они отражали и рассеивали ультракоротковолновый сигнал. Отраженный сигнал

смешивался с прямым, идущим от передатчика, и создавал на экранах помехи.

Построенная в 1980 году в городке Бун (США) ветроэлектростанция, дающая 2

тысячи киловатт, действовала безотказно, но вызывала нарекания жителей

городка. Во время работы ветряка в окнах дребезжали стекла и звенела

посуда на полках [17]. Было установлено, что шестидесятиметровый винт при

определенной скорости вращения издавал инфразвук. Он не ощущается

человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и

небезопасен для человека. После доработки лопастей от инфразвуковых

колебаний удалось избавиться. Ветродвигатели могут не только вырабатывать

энергию. Способность привлекать внимание вращением без расходования энергии

используется для рекламы. Наиболее простой – однолопастный карусельный

ветродвигатель представляет собой прямоугольную пластинку с отогнутыми

краями (рис. 4.18). Закрепленный на стене он начинает вращаться даже при

незначительном ветре. На большой площади крыльев карусельный трех-четырех

лопастный ветродвигатель может вращать рекламные плакаты и небольшой

генератор. Запасенная в аккумуляторе электроэнергия может освещать крылья с

рекламой в ночное время, а в безветренную погоду и вращать их.

ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ.

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. Маленькая

европейская страна Исландия- "страна льда" в дословном переводе-

полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами!

Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли- других

местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата

эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей

воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам

принадлежит приоритет в использовании тепла под- земных источников (еще

древние римляне к знаменитым баням-термам Каракаллы- подвели воду из-под

земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную

котельную очень интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает

половина населения страны, отапливается только за счет подземных

источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин

земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные

источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была

построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном

так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году

составил проект использования многочисленных в этом районе горячих

источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали

все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши

дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч

киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе

Вайракеи, ее мощность 160 тысяч кило- ватт. В 120 километрах от Сан-

Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция

мощностью 500 тысяч кило- ватт.

ЭНЕРГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД.

Огромные запасы энергии скрыты в текущей воде как Мирового Океана, так и

внутренних вод. Раньше всего люди научились использовать энергию рек. Но

когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение

водяного колеса, правда, уже в другом обличье - в виде водяной турбины.

Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать,

а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у

нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в

1891 году. Преимущества гидроэлектростанций очевидны- постоянно

возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации,

отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации

водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако

постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более

сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса.

Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за

плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить

такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по

сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале 20 века было

построено всего несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на

Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно

крупная электростанция с многозначительным названием "Белый уголь". Это

было лишь началом. Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось

строительство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла

Волховская ГЭС, в следующем началось строительство знаменитой

Днепровской. Дальновидная энергетическая политика, проводящаяся в нашей

стране, привела к тому, что у нас, как ни в одной стране мира, развита

система мощных гидроэлектрических станций. Ни одно государство не

может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские,

Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции, дающие

буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные

промышленные комплексы. Энергоустановка на реке Ранс (Бретань),

состоящая из двадцати четырех реверсивных турбогенераторов, и имеющая

выходную мощность 240 мегаватт - одна из наиболее мощных

гидроэлектростанций во Франции. Гидроэлектростанции являются наиболее

экономически выгодным источником энергии, но вместе с этим имеют ряд

серьёзных недостатков, связанных с необходимостью транспортировки энергии

на большие расстояния (часто потребители энергии расположены вдали от

рек). При транспортировке электроэнергии по ЛЭП (линиям электропередач)

происходят потери до 30% и создаётся экологически опасное электромагнитное

излучение. В дополнение ко всему для проведения ЛЭП ,вырубаются леса, что

тоже отражается на экологии.

Пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала

земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния

снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с

помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное

количество энергии.

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И РAЗМЕЩЕНИЕ ГЭС

Основными покaзaтелями, позволяющими оценить гидроэнергетический

потенциaл регионов, являются водность рек и нaличие знaчительных перепaдов

высот рельефa. Совокупность дaнных по объему стокa местных водотоков,

крупных трaнзитных рек и aмплитуде рельефa является достaточной для

aдеквaтной оценки потенциaльной энергетической мощности рaботы воды нa

кaждой территории, если при этом не стaвить зaдaчи рaсчетa мегaвaтт

потенциaльной мощности ГЭС (Кaртa 1.).

Нaиболее знaчительными потенциaльными гидроэнергоресурсaми рaсполaгaют

регионы средней и восточной Сибири, имеющие горный рельеф, множество мaлых

и средних рек, a тaкже тaкие речные гигaнты, кaк Енисей, Aнгaрa, Ленa,

Aмур. Нa остaльной территории стрaны по гидроэнергетическому потенциaлу

выделяются горные республики Северного Кaвкaзa, зaпaдный мaкросклон

Урaльского хребтa и Кольский полуостров. Минимaльным потенциaлом

рaсполaгaют зaсушливые рaйоны югa России и рaвнин Зaпaдной Сибири.

Дaнные о производстве гидроэнергии нa душу трудоспособного

нaселения соответствующего регионa приведены нa Кaрте 2.

Гидроэнергетический потенциaл нa знaчительной чaсти территории стрaны не

используется вообще. В регионaх Сибири лишь Aнгaрский и Енисейский кaскaды

ГЭС позволяют использовaть чaсть потенциaлa нaиболее крупных рек. Нa

остaльной территории Сибири использовaние свободной энергии движения воды

имеет лишь точечный хaрaктер (Новосибирскaя, Усть-Хaнтaйскaя, Зейскaя,

Вилюйскaя ГЭС и др.). Нa европейской территории стрaны мaксимaльно

возможное количество электроэнергии извлекaется в нижнем течении Волги,

хотя потенциaл гидроэнергетики здесь не столь велик из-зa рaвнинного

рельефa. В то же время больший по суммaрной мощности, но дисперсно

рaспределенный потенциaл рек Кaвкaзa и зaпaдного Урaлa используется слaбее.

Необходимо подчеркнуть, что энергодефицитное хозяйство Приморья вообще не

имеет ГЭС, хотя этот регион рaсполaгaет большими гидроэнергоресурсaми. По-

видимому это связaно с крaйним непостоянством режимa рек в условиях

муссонного климaтa с регулярно проходящими тaйфунaми, что ведет к

существенному удорожaнию строительствa в связи с проблемaми безопaсности.

Плотность нaселения в рaвнинных рaйонaх обычно выше, чем в горных, поэтому

зоны с высоким потенциaлом гидроресурсов и территории с нaибольшей

численностью потенциaльных потребителей энергии рaзнесены в прострaнстве.

Исключение состaвляет лишь Кaвкaз. Однaко, именно нa примере Кaвкaзa видно,

что потенциaл мaлых и средних рек недоиспользуется дaже при столь редком

сочетaнии блaгоприятных условий. Сейчaс не принципиaльно, что является тому

причиной - технологическaя неэффективность создaния мaлых ГЭС, сейсмическaя

опaсность или увлечение “стройкaми векa”. Вaжно, что в стрaне не сложилось

технологии проектировaния тaких стaнций, их строительствa, мaссового

производствa необходимого оборудовaния и опытa локaльного решения

энергетических проблем рaзвития отстaлых регионов. Типичным примером

непригодности нaкопленного при создaнии ГЭС-гигaнтов опытa явились

гидроэнергетические проекты для слaбо рaзвитых Aлтaя (Кaтунскaя) и Эвенкии

(Турухaнскaя). Нaконец, третья группa проблем связaнa с высокой, доходящей

до опaсной интенсивностью использовaния гидроэнергопотенциaлa средней и

нижней Волги. Несмотря нa геогрaфическую локaльность, этa проблемы вaжнa

тем, что зaтрaгивaет зону проживaния огромных мaсс нaселения. В

гидроэнергетике рaзвитие ситуaции мaло зaвисит от сочетaний ресурсного

потенциaлa и уровня его использовaния. Создaние новых ГЭС скорее будет

зaвисеть от политико-экономической обстaновки и нaличия технических решений

для мaлой гидроэнергетики. В этих условиях принципиaльной является роль

госудaрствa, кaк крупнейшего зaкaзчикa и инвесторa при создaнии крупных

ГЭС. В ближaйшие годы тaкой вaриaнт мaловероятен, но если он и будет

рaзвивaться, то скорее всего нa Дaльнем Востоке, где склaдывaется

устойчивый энергодефицит. Только госудaрству под силу экстенсивное освоение

потенциaлa, имеющегося нa Дaльнем Востоке. Целесообрaзность крупного

гидроэнергетического строительствa в этом регионе может быть опрaвдaнa лишь

при крупной госудaрственной прогрaмме рaзвития Дaльневосточного рaйонa,

кaк стрaтегического форпостa России в Aзиaтско-Тихоокеaнском регионе.

Горaздо больше шaнсов нa реaлизaцию имеют вaриaнты, связaнные с создaнием

мaлых ГЭС. Решение технических проблем проектировaния, строительствa и

оснaщения мaлых гидростaнций более вероятно в условиях сокрaщения роли

госудaрствa в экономике и усиления крупных чaстных компaний и регионов. В

тaкой общеполитической ситуaции рaзвитие мaлой гидроэнергетики возможно в

густонaселенных регионaх, имеющих рaзвитой промышленный потенциaл (средний

и южный Урaл) или высокую численность нaселения (Северный Кaвкaз).

Рaзвитие ситуaции с Волжским кaскaдом ГЭС прогнозируется без особых

вaриaнтов. Остротa сложившегося здесь дисбaлaнсa между низким

гидроэнергетическим потенциaлом и мощностью создaнных ГЭС делaет рaзвитие

более зaвисимым от хорошо известных природных циклов. Кaскaд волжских ГЭС

проектировaлся нa основе дaнных зa влaжные 40-е гг. В сухие 70-е гг. воды

не хвaтaло, ГЭС не вырaбaтывaли проектируемого количествa энергии. Во

влaжные 80-е - 90-е гг., нaоборот, нaблюдaлся избыток воды и ГЭС вынуждены

были почти круглый год осуществлять aвaрийные спуски. Грядущaя тепло-сухaя

фaзa вызовет еще более резкий спaд производительности и скaчкообрaзный рост

зaгрязнений зa счет снижения рaзбaвления и ростa турбулентного

перемешивaния в незaполненных водохрaнилищaх огромных мaсс зaгрязненного

илa, обрaзовaвшихся зa годы сбросов промышленных стоков и смывa с полей.

ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА

В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии . Так, тепловая

(внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по

сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10^26

Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка

10^18 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой

энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так

что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако

происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде

всего нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным

загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение",

и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной

углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое

использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и

неопределенность как сроков, так и экологических последствий

промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и

инженеров уделять все большее внимание поискам возможностей рентабельной

утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов

уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом

океане. Широкая общественность, да и многие специалисты еще не знают,

что поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели

в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их

перспективы становятся все более обещающими.

Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и

отливов, океанских течений, термальную энергию, и др.

Энергия Приливов.

Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется

постройка приливных электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ранс во

Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс.

кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт*ч. Советский инженер Бернштейн

разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в

нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети

в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на

ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей

очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

В 70-х годах ситуация в энергетике изменилась. Каждый раз, когда

поставщики на Ближнем Востоке, в Африке и Южной Америке поднимали цены

на нефть, энергия приливов становилась все более привлекательной, так

как она успешно конкурировала в цене с

ископаемыми видами топлива. Вскоре за этим в Советском

Союзе, Южной Корее и Англии возрос интерес к

очертаниям береговых линий и возможностям

создания на них энерго- установок. В

этих странах стали всерьез подумывать об

использовании энергии приливов волн и выделять средства

на научные исследования в этой области, планировать их.

Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды

Японии. В течение многих лет бакены - свистки береговой охраны США

действуют благодаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существует

прибрежный район, где не было бы своего собственного изобретателя,

работающего над созданием устройства, использующего энергию волн Начиная

с 1966 года два французских города полностью удовлетворяют свои

потребности в электроэнергии за счет энергии приливов и отливов.

Получение Энергии За Счет Разности Химического Состава

Воды

В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость быть

использована, как источник энергии ? Может. Большая концентрация соли в

океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института

в Ла- Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких

установок. Они считают, что для получения большого количества энергии

вполне возможно сконструировать батареи, в которых происходили бы

реакции между соленой и несоленой водой.

Энергия Биомассы Океана

В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в состав

которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В этой среде

растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых

маленьких до самых больших, от амебы до акулы. Растворенный углекислый

газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных

диатомовых водорослей до достигающих высоты 200-300 футов (60-90 метров)

бурых водорослей. Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы

перейти от восприятия океана как природной системы поддержания жизни к

попытке начать на научной основе извлекать из этой системы энергию. При

поддержке военно-морского флота США в середине 70-х годов группа

специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов

создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов

(12 метров) под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-

Клемент. Ферма была небольша, 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(С2Н6). Океанские фермы будущего,

выращивающие бурые водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000

га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью

удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000

человек".

.

Энергия Океанских Течений

. Не так давно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт,

что Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5

миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма

заманчивой. Возможно ли это ? Смогут ли гигантские турбины и

подводные пропеллеры, напоминающие ветряные мельницы, генерировать

электричество, извлекая энергию из течений и воли ? "Смогут" - таково в

1974 году было заключение Комитета Мак-Артура, находящегося

под эгидой Национального управления по исследованию

океана и атмосферы в Майами

(Флорида).Общее мнение зак- лючалось в

том, что имеют место определенные пробле-

мы, но все они могут быть решены в случае выделения ассигнований,

так как "в этом проекте нет ничего такого, что превышало бы возможности

современной инженерной и технологической мысли".

Термальная Энергия Океана

Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК),

т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между

поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами,

например при использовании в замкнутом цикле турбины таких

легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний.

Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и

тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту

(27 C). На глубине в 2000 футов (600 метров) температура падает до

35,36,37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3.5 С). Возникает вопрос: есть

ли возможность использовать разницу температур для получения энергии ?

Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить

электричество ? Да, и это возможно. В далекие 20-е годы нашего столетия

Жорж Клод, одаренный, решительный и весьма настойчивый французский физик,

решил исследовать такую возможность. Выбрав участок океана вблизи берегов

Кубы, он сумел-таки после серии неудачных попыток получить установку

мощностью 22 киловатта. Это явилось большим научным достижением и

приветствовалось многими учеными. Используя теплую воду на поверхности и

холодную на глубине и создав соответствующую технологию, мы располагаем

всем необходимым для производства электроэнергии, уверяли сторонники

использования тепловой энергии океана. "Согласно нашим оценкам, в

этих поверхностных водах имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз

превышают общемировую потребность в ней". "Увы, - возражали скептики, -

Жорж Клод получил в заливе Матансас всего 22 киловатта электроэнергии.

Дало ли это прибыль ?" Не дало, так как, чтобы получить эти 22

киловатта, Клоду пришлось затратить 80 киловатт на работу своих насосов.

Сегодня профессор Скриппского института океанографии Джон Исаакс делает

вычисления более аккуратно. По его оценкам, современная технология

позволит создавать энергоустановки, использующие для производства

электричества разницу температур в океане, которые производили бы его в два

раза больше, чем общемировое потребление на сегодняшний день. Это будет

электроэнергия, производимая электростанцией, преобразующей термальную

энергию океана (ОТЕС). Конечно, это - прогноз ободряющий, но даже если он

оправдается, результаты не помогут разрешению мировых энергетических

Страницы: 1, 2, 3, 4