Энергетика мира
Несмотря на то, что нетрадиционные виды электростанций занимают
всего несколько процентов в производстве электроэнергии, в мире развитие
этого направления имеет большое значение, особенно учитывая разнообразие
территорий стран. В России единственным представителем этого типа ЭС
является Паужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11МВт. Станция
эксплуатируется с 1964 года и уже устарела как морально, так и физически.
Уровень технологических разработок России в этой области сильно отстает от
мирового. В удаленных или труднодоступных районах России, где нет
необходимости строить большую электростанцию, да и обслуживать ее зачастую
некому, “нетрадиционные” источники электроэнергии - наилучшее решение.
Возрастанию числа электростанций на альтернативных источниках
энергии будут способствовать следующие принципы:
o более низкая стоимость электроэнергии и тепла, получаемая от
нетрадиционных источников энергии, чем от всех других источников;
o возможность практически во всех странах иметь локальные
электростанции, делающие их независимыми от общей энергосистемы;
o доступность и технически реализуемая плотность, мощность для
полезного использования;
o возобновляемость нетрадиционных источников энергии;
o экономия или замена традиционных энергоресурсов и энергоносителей;
o замена эксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически
более чистым видам энергии;
o повышение надежности существующих энергосистем.
Практически каждая страна располагает каким-либо видом этой энергии
и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад в топливно-
энергетический баланс мира.
Солнечная энергия
Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80
триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все
электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет -
самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную
энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая
построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией
отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы
гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.
Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее
не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся
усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд
в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании
“Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 %
попавшего на него солнечного света.
В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических
элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента
существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные
элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую
эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная
прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на
окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку
интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при
установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный
источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является
использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным
элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную
электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент и таким
образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет
использовать этот водород для производства электроэнергии.
Компактная передвижная электростанция сконструирована германским
инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет
мощность 4 кВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком
достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где
энергию вырабатывают сразу два устройства - ветрогенератор нового типа и
комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в
отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении
воздуха, второй - автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на
светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот
стабильно снабжает током потребителей.
Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в
удобных станциях для подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская
компания Эдисон” планирует начать испытание специальной автостанции для
машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна
стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и
различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в
городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение
всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет
использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981 году через пролив Ла-
Манш совершил перелёт первый в мире самолёт с двигателем, работающим от
солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему
потребовалось 5,5 часа. А по прогнозам учёных конца прошлого века,
ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000
электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной
энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его
“солнцеобильностью”.
Энергия ветра
На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и
возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать”
зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер - это очень
рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не
пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда
“размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и
направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его
менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые
необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых,
это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади.
Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока.
Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по
созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в
электрическую. Одна из таких установок порождает искусственный сверхураган
внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!
Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень
громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии,
необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где
дуют сильные ветры. И, тем не менее, всего одна электростанция, работающая
на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии
тысячи ветряных турбин.
При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток
энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же
накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в
том, что ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в
расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в
действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.
Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных
аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания
сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в
качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ.
Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород.
Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых
электростанций по мере надобности.
Американский ученый Уильям Херонимус считает, что производить
водород за счет энергии ветра лучше всего на море. С этой целью он
предлагает установить у берега высокие мачты с ветродвигателями диаметром
60 м и генераторами. 13 тысяч таких установок могли бы разместиться вдоль
побережья Новой Англии (северо-восток США) и «ловить» преобладающие
восточные ветры. Некоторые агрегаты будут закреплены на дне мелкого моря,
другие будут плавать на его поверхности. Постоянный ток от
ветроэлектрических генераторов будет питать расположенные на дне
электролизные установки, откуда водород будет по подводному трубопроводу
