Нетрадиционные возобновимые источники энергии

проблем.

Внутренняя Энергия Молекул Воды

Конечно, доступ к запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет великолепные

возможности, но (по крайней мере пока) электричество не поднимает в

небо самолеты, не будет двигать легковые и грузовые автомобили и автобусы,

не поведет корабли через моря. Однако самолеты и легковые автомобили,

автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно

извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и

он может использоваться в качестве горючего. Водород- один из наиболее

распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой

капле воды. Помните формулу воды? Формула HOH значит, что молекула воды

состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из

воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того,

чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для

получения электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров с

энтузиазмом относится к "водородной энергетике" будущего, так как

полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в

танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре 423

градуса по Фаренгейту (-203 С). Его можно хранить и в твердом виде после

соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования

металлических гидридов. После этого их можно легко транспортировать и

использовать по мере необходимости. Еще в 1847 году французский писатель

Жюль Верн, опередивший свое время, предвидел возникновение такой

водородной экономики. В своей книге "Таинственный остров" он

предсказывал, что в будущем люди научатся использовать воду в качестве

источника для получения топлива. "Вода, - писал он, - представит

неиссякаемые запасы тепла и света". Со времен Жюля Верна были открыты

методы извлечения водорода из воды. Один из наиболее перспективных из них -

электролиз воды. (Через воду пропускается электрический ток, в

результате чего происходит химический распад. Освобождаются водород и

кислород, а жидкость исчезает.) В 60-е годы специалистам из НАСА

удалось столь успешно осуществить процесс электролиза воды и столь

эффективно собирать высвобождающийся водород, что получаемый таким

образом водород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

***************************************************

Таким образом, в океане, который составляет 71 процент поверхности

планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и

приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и

других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах

воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях

океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя

разницу температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно

преобразовать в стандартные виды топлива. Такие количества энергии,

многообразие ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет

испытывать в ней недостатка. В то же время не возникает необходимости

зависеть от одного - двух основных источников энергии, какими, например,

являются давно использующиеся ископаемые виды топлива и ядерного горючего,

методы получения которого были разработаны недавно. Более того, в

миллионах прибрежных деревень и селений, не имеющих сейчас доступа к

энергосистемам, будет тогда возможно улучшить жизненные условия людей.

Жители тех мест, где на море бывает сильное волнение, смогут

конструировать и использовать установки для преобразования энергии волн.

Живущие вблизи узких прибрежных заливов, куда во время приливов с ревом

врывается вода, смогут использовать эту энергию. Для всех остальных людей

энергия океана в открытом водном пространстве будет преобразовываться в

метан, водород или электричество, а затем передаваться на сушу по кабелю

или на кораблях. И вся эта энергия таится в океане испокон веков. Не

используя ее, мы тем самым попросту ее расточаем. Разумеется, трудно даже

представить себе переход от столь привычных, традиционных видов топлива -

угля, нефти и природного газа - к незнакомым, альтернативным методам

получения энергии. Разница температур ? Водород, металлические

гидриды, энергетические фермы в океане ? Для многих это звучит как научная

фантастика. И тем не менее несмотря на то что извлечение энергии океана

находятся на стадии экспериментов и процесс ограничен и дорогостоящ,

факт остается фактом, что по мере развития научно-технического прогресса

энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря. Когда -

зависит от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В

конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана

энергии в различных формах, а в стоимость такого извлечения, которая

определит, насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи

Когда бы это время ни наступило, переход к использованию энергии океана

принесет двойную пользу: сэкономит общественные средства и сделает более

жизнеспособной третью планету Солнечной системы - нашу Землю.

Впервые удар по общественному карману был нанесен в 1973 году подъемом

цен на ископаемые виды топлива. Особенно возросли цены на нефть - основной

вид топлива в XX веке, используемый в промышленности, сельском хозяйстве,

для отопления. Вслед за этим произошло повышение уровня инфляции, а

поскольку научные исследования и эксперименты тоже требуют ассигнований,

поиски новых видов топлива подняли цены еще выше. Ископаемые виды топлива

истощаются, мы вынуждены их экономить и увеличивать энергообеспечение

за счет строительства ядерных реакторов, которые требуют значительных

финансовых затрат и вызывают опасения у людей, живущих вблизи. Конечно,

энергопотребление снизится, если быть более экономными. В США, население

которых составляет 5,3 % от общемирового и где используется 35 % всех

видов ископаемого топлива и гидроэлектроэнергии мира, потребление энергии

может быть легко снижено до 30 - 32 % , а то и до 25 %. Существует даже

мнение, что по справедливости Соединенные Штаты должны снизить

потребление энергии до 5,3 %. Экономика, однако, лишь одна сторона дела.

Другая сторона относится к странам развивающимся, которые стараются

достичь уровня жизни промышленно развитых стран, определяющегося

использованием большого количества энергии. Сегодня народы Азии, Африки и

Латинской Америки стремятся перейти от общества, в котором используется в

основном физический труд, к обществу с развитой индустрией. Для того

чтобы удовлетворить потребность в равноправном распределении дешевой

энергии между всеми странами, потребуется такое ее количество, которое,

возможно, в тысячи раз превысит сегодняшний уровень потребления, и

биосфера уже не справится с загрязнением, вызываемым использованием

обычных видов топлива. Тем не менее президент Института исследований в

области электроэнергии в Пало Альто (Калифорния) Чонси Старр полагает:

"Необходимо признать, что мировое потребление энергии будет развиваться

именно в этом направлении и так быстро, как только позволят политические,

экономические и технические факторы". Так как соревнование за обладание

истощающимися видами топлива обостряется, расход общественных средств

будет расти. Рост этот продолжится, так как необходимо бороться с

загрязнением воздуха и воды, теплотой, выделяющейся при сгорании ископаемых

видов топлива. Но стоит ли волноваться в поисках новых источников

ископаемого топлива ? Зачем дискутировать по вопросу о строительстве

ядерных реакторов ? Океан наполнен энергией, чистой, безопасной и

неиссякаемой. Она там, в океане, только и ждет высвобождения. И это -

преимущество номер один. Второе преимущество заключается в том, что

использование энергии океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой

планетой.

Можно воспользоваться другим вариантом, предусматривающим увеличение

использования органических и ядерных видов топлива. Это, по- мнению

некоторых специалистов, может привести к катастрофе: в атмосферу станет

выделяться слишком большое количество углекислого газа и теплоты, что

грозит смертельной опасностью человечеству. "Пустяки, - усмехаются

скептики. - Мы постоянно совершенствуем воздушные фильтры и очистные

сооружения. Еще год-два и фабричные дымовые трубы будут выпускать

практически чистый воздух. Разве мы не очищаем выхлопные газы автомобилей ?

Скоро вы вообще забудете, что такое пары двуокиси серы." Тем не менее

углекислый газ и теплота, выделяемые в атмосферу дымовыми трубами фабрик

и других промышленных предприятий, а иногда и большими многоквартирными

комплексами, которые используют ископаемые виды топлива, внушают большое

беспокойство. Но кто заметит, что в воздухе стало больше углекислого

газа ? Он бесцветен и не имеет запаха. Он пузырится в прохладительных

напитках. А кто заметит постепенное, медленное повышение атмосферной

температуры Земли на один, два или три градуса по Фаренгейту ? Заметит

планета, когда углекислый газ через некоторое время окутает ее подобно

одеялу, которое перестанет пропускать избыточное тепло в космос. Жак

Кусто, пионер освоения и исследования океана, считает: "Когда

концентрация углекислого газа достигнет определенного уровня, мы окажемся

как будто в парнике". Это значит, что теплота, выделяемая Землей, будет

задерживаться под слоем стратосферы. Накапливающееся тепло повысит общую

температуру. А увеличение ее даже на один, два или три градуса по

Фаренгейту приведет к таянию ледников. Миллионы тонн растаявшего льда

поднимут уровень морей на 60 метров. Города на побережье и в долинах

больших рек окажутся затопленными. По данному вопросу, как и по многим

другим, ученые разделились на два лагеря. В одном лагере считают, что

утолщающееся одеяло углекислого газа вызовет повышение температуры и

приведет к таянию ледников, то есть, по определению доктора Говарда

Уилкокса, превратить Землю в парник. Сторонники другого лагеря полагают,

что то же самое одеяло будет преграждать путь теплу, излучаемому солнцем,

что станет причиной наступления новой эры оледенения. Итак, что же

человечество должно делать ? Будем ли мы истощать остатки ископаемого

топлива, строить все большее число ядерных реакторов, рискуя изменить

температуру атмосферы, или же обратимся к океану - кладезю неиссякаемой

энергии - и будем искать способ извлечения этой энергии для достижения

наших целей - вот в чем заключается вопрос. Накануне вступления в 21 век

ученые-океанологи призывают прекратить пустые дискуссии и отказаться от

надежды на то, что "технологическое развитие разрешит все проблемы на

суше". Они хотят обратить внимание общества на океан, который заряжается

энергией внеземного происхождения, энергией доступной, не загрязняющей

окружающую среду и возобновляемой.

При современных темпах научно-технического прогресса существенные

сдвиги в океанской энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия.

Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из

космоса. Она доступна и безопасна, и не загрязняет окружающую среду,

неиссякаема и свободна. Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает

воздух и образует ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который

накапливает тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в

то же время меняют свое направление под воздействием вращения Земли. Из

космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является

движущей силой системы Земля - Луна и вызывает приливы и отливы. Океан

- это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромная кладовая

беспокойной энергии. Здесь плещут волны, рождаются приливы и отливы,

пересекаются течения, и все это наполнено энергией.

Некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть

реализованы, и стать рентабельными уже в настоящее время. Вместе с тем

следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность

научно-инженерных работников улучшить существующие и создадут новые

перспективы для промышленного использования энергетических ресурсов

Мирового океана

ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

К биомассе, кроме уже упомянутых водорослей, можно также отнести

и продукты жизнедеятельности домашних животных. Так, 16 января 1998

года в газете «Санкт Петербургские Ведомости» была напечатана статья,

под названием «Электричество... из куриного помёта» в которой говорилось

о том, что находящаяся в финском городе Тампере дочерняя фирма

международного норвежского судостроительного концерна Kvaerner

стремится получить поддержку ЕС для сооружения в британском

Нортхэмптоне электростанции, действующей... на курином помете. Проект

входит в программу EС Thermie, которая предусматривает развитие новых,

нетрадиционных, источников энергии и методов сбережения

энергетических ресурсов. Комиссия ЕС распределила 13 января 140 млн

ЭКЮ среди 134 проектов.

Спроектированная финской фирмой силовая установка будет сжигать в

топках 120 тысяч тонн куриного помета в год, вырабатывая 75 млн киловатт-

часов энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена

традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому,

что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека

всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.

Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины

казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного

"корма". Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство

на энергетическом рынке нефти. И вот новый виток:в наши дни ведущими

видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром

газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток,

зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым

годом стоить нам все дороже. Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им,

несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана, если, скажем,

сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на

единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить,

считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении

энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю...

Всегда было так: следующий источник энергии был и более мощным. То была,

если можно так выразиться, "воинствующая" линия энергетики. В погоне за

избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных

явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих

дел и поступков Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается

новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика

"щадящая". Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он

сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы Несомненно, в

будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат

широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные

источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД,

экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому -быстрый старт

электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика

солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в

себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и

понятно: энергетика связана буквально со Всем, и Все тянется к

энергетике, зависит от нее. Поэтому энергохимия, водородная энергетика,

космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках,

"черных дырах", вакууме, -это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи,

отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и

который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики. Лабиринты

энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные

загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений,

кликов радости и побед. Тернист, непрост, непрям энергетический путь

человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергетического Изобилия и

что все препоны, преграды и трудности будут преодолены. Рассказ об

энергии может быть бесконечен, неисчислимы альтернативные формы ее

использования при условии, что мы должны разработать для этого

эффективные и экономичные методы. Не так важно, каково ваше мнение о

нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве, и себестоимости.

Нам, по-видимому. следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый

мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть

только разумный выбор".

Литература.

В.Володин, П.Хазановский "Энергия, век двадцать первый".

А.Голдин "Океаны энергии".

Л.С. Юдасин "Энергетика: проблемы и надежды".

«Санкт-петербургские ведомости» No 08(1682) от 16.01.1998

ПРИЛОЖЕНИЯ

Конструкция преобразователя термальной энергии океана

По своей конструкции система замкнутого цикла очень проста. Насосы

осуществляют циркуляцию рабочей жидкости (жидкий пропан, фреон или

аммиак) через составные части электростанции - компрессоры, трубы и т.п.

Сначала рабочая жидкость попадает в камеру кипения. Здесь, нагреваясь от

теплой океанской воды, она превращается в газ. Газ устремляется в

турбогенератор, вращает его и вырабатывает электрический ток. Однако

отработанный газ не удаляется из установки. После прохождения через

турбогенератор он поступает в конденсатор, где конденсируется и

сжижается. Затем, уже опять в жидком состоянии, рабочая жидкость вновь

накачивается в камеру кипения, и цикл повторяется. Он прерывается только

тогда, когда электростанция прекращает свою деятельность из-за

ремонтных или периодических профилактических работ.

Энергетические фермы в океане

Бурые водоросли уже давно известны как полезные растения. Они

использовались для приготовления прованского масла и являлись

ингредиентами в производстве пластмасс, красок, картона, зубной пасты и

питательной смеси для животных. Не так давно бурые водоросли стали

привлекать ученых-океанологов как источник получения метана. "Мы

можем рассаживать бурые водоросли на океанских энергетических фермах,

культивировать их, собирать урожай и превращать запасенную в них энергию в

метан. Как известно бурые водоросли растут на мелководье. Для имитации

дна пришлось построить большой плот, погрузить на глубину 12 метров,

покрыть его сетью полипропиленовых тросов и прикрепить длинными канатами к

дну океана, находящемуся значительно глубже. Для выращивания на

энергетической ферме был выбран вид бурых водорослей - Macrocystis

pyriefa (Макроцистис грушевидный). Это наибольший по размерам вид бурых

водорослей, вырастающий в океане до высоты, которой на суше достигают

лишь гигантские секвойи. Как только молодое растение закрепится на дне,

оно начинает расти вверх, к свету. Когда оно достигает поверхности воды,

его коричневые ветви лентами стелятся по залитой солнцем поверхности

моря. В этих-то ветвях и происходит превращение солнечной энергии в

химическую в процессе фотосинтеза.

Комбинированная установка по преобразованию энергии

волн и ветра

Конструкция данной установки состоит из двух частей: резервуара и

наклонной плоскости. Когда наклонная плоскость помещается в море, волны,

набегая на нее перекатываются и попадают в резервуар. Несмотря на

простоту конструкции установка генерирует значительное количество

электроэнергии. Даже в те дни, когда высота волн достигает двух метров,

а скорость ветра 25 км/ч, установка может вырабатывать 1.5 мегаватта.

Волно- ветряные преобразователи могут также быть смонтированы на

стальных каркасах, находящихся на причале в качестве волноломов-

электропроизводителей. Вычисления показывают, что пятнадцать таких таких

каркасов, каждый по 100 метров длиной, смогут обеспечивать электри-чеством

населенный пункт с двадцатитысячным населением. При этом поток энергии

будет постоянным, так как наклонные плоскости будут автоматически

подстраиваться под высоту волн, а каркасы волноломов поворачиваться,

ориентируясь по направлению ветра и волн. Специалисты рассчитывают создать

работающую энергосистему такого комбинированного типа. Технология ее

проста, недорога и вполне реальна. Необходимые капиталовложения невелики,

волны и ветры бесплатны.

Устройство солнечной тепловой электростанции

Гелиостаты (зеркальные модули) отслеживают положение Солнца и

отражают его лучи на коллектор солнечного излучения. Последний уста-

навливается на коллектор и нагревает теплоноситель. Дальнейшая передача

тепловой энергии от коллектора к электрогенератору происходит по схеме,

используемой на обычной ТЭС. Этот метод "собирания" солнечного излу-чения,

т.е. повышение интенсивности в сотни раз, технически наиболее

перспективен. На рисунке указаны некоторые параметры опытной промышленной

СТЭС пиковой электрической мощностью2 МВт, проект которой разработан во

Франции.

Преобразователь энергии волн, выпрямитель Рассела

Эта установка регулирует движение воды так, что она

поступает на

турбину только с одной стороны. Несколько резервуаров

закреплены

на якорях в открытом море, при этом некоторые из них находятся над,

а

некоторые - под поверхностью воды. Между верхними

и нижними резервуарами расположен турбогенератор.

Волны нагоняют воду в верхние резервуары. Оттуда она (

через невозвратные клапаны ) стекает вниз, приводит в движение

турбогенератор, производя тем самым электричество и выливается

наружу.

Страницы: 1, 2, 3, 4