Альтернативные источники энергии

Введение

Энергия - не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле - естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней величиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традинционных природных топлив (нефти, гля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - рана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлинва - водорода, однако правляемые термоядерные реакнции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованны для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без частия в этом процессе реакторов деления. Остаются два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Данная дипломная работа является кратким, но обширным обзором современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрено развитие энергетики, как отрасли народного хозяйства, эволюция источников энергии, также проблемы освоения и использования новых ресурсов энергии (альтернативные источники энергии). Цель работы - прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, анализ новых путей получения практически полезных форм энергии.

К новым формам первичной энергии, рассмотренным в нашей дипломной работе в пернвую очередь относятся: солнечная и геотермальная энергия, приливная, атомная, энергия ветра и энергия волн. В отличие от ископаемых топлив эти формы энергии не ограниченны геологически накопленными запасами (если атомнную энергию рассматривать вместе с термоядерной). Это означает, что их использование и потребление не ведет к неизбежному исчерпанию запасов.

Рассмотренные в работе новые схемы преобразования энергии можно объединить единым термином лэкоэнергетика, под которым подразумеваются любые методы понлучения чистой энергии, не вызывающие загрязнения окружающей среды.

Раздел 1.

Мир ищет энергию

Предисловие

Никакой вид энергии не обходится так дорого, как её недостаток.

Гоми Баба, 1964.

Это высказывание известного индийского ученого никогда не звучало столь актуально, как в наши дни, когда человечество, не считаясь с огромными финансовыми расходами, прилагает все си/a>лия к поиску новых путей получения энергии.

Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, тех/a>ническим освоением и способами исполь зования различных источни/a>ков э нергии, были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для спешного решения принобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени - ближайшего будущего.

Мир, в котором мы живем, можно изучать с самых разных тончек зрения. Новые знания ведут к постоянному их сужению, ко все большей дифференциации научных дисциплин и соответствующих им областей человеческой деятельности. Результаты объективной оценнки состояния дел в этих областях весьма различны. Если говорить о существующей и поныне угрозе войн, о миллионах недоедающих и голодных, о все возрастающем загрязнении жизненной среды, то приходится констатировать наличие серьезнейших проблем, решение которых не терпит отлагательства. Проблемы эти тревожат весь пронгрессивный мир и не позволяют человечеству довлетвориться донстигнутым. Если же оценивать развитие пауки и техники само по себе, в самом широком смысле слова, то здесь спехи весьма велики и заслуживают высочайшего важения.

Почему же именно сейчас, как никогда остро, встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетичеснкое изобилие? Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветанют и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых снтановок или о новых изобретениях в области энергетики. Разранбатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных силий и огромных материальных затрат.

Если в конце прошлого века самая распространенная сейчас энергия - энергетическая - играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то же в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Вполне реален прогноз, по которому в 2 году будет произведено 30 тысяч миллиардов киловатт-часов! Гигантнские цифры, небывалые темпы роста! И все равно энергии будет мало, потребности в ней растут еще быстрее.

Уровень материальной, в конечном счете и духовной кульнтуры людей находится в прямой зависимости от количества энернгии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израснходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше.

Так за чем же остановка? Ученые и изобретатели же давно разработали многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько поннадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной заданчи, оказывается, таит в себе немало подводных камней.

Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее пренобразований из других форм. Вечные двигатели, якобы производянщие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложинлась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым польнзовался первобытный человек для согревания, то есть при сжиганнии топлива, или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электнростанциях.

Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее.

Новые факторы - возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды, потребовали нового подхода к энергетике.

В разработке Энергетической программы приняли частие виднейшие ченые нашей страны, специалисты различных миниснтерств и ведомств. С помощью новейших математических моделей электронно-вычислительные машины рассчитали несколько сотен вариантов структуры будущего энергетического баланса страны. Были найдены принципиальные решения, определившие стратегию развития энергетики страны на грядущие десятилетия.

Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах, струкнтура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Сунщественно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых глей, например, в Кузнецком, Канснко-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах.

Энергетическая программа страны - основа нашей техники и экономики в канун 21 века.

Но ученые заглядывают и вперед, за пределы сроков, станновленных Энергетической программой. На пороге 21 века, и они трезво отдают себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти, газа, гля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом словии запансов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтендобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходунют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда Ц, а это рано или поздно случится, - когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Происшедшее повышение цен на нефть, необходимую не только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило задунматься о других видах топлива, пригодных для замены нефти и газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нет собснтвенных запасов нефти и газа и которым приходится их покупать.

пока в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Решение этой задачи исследователи ищут на разных пунтях. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных, возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и ветнра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца. Много внимания деляется развитию атомной энергетики, ученые ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии.

Энергия - с чего все началось

Сегодня нам может казаться, что развитие и совершенствование человека происходило невообразимо медленно. Ему в буквальном смысле слова приходилось ждать милостей от природы. Он был практически беззащитен перед холодом, ему непрестанно грожали дикие звери, его жизнь постоянно висела на волоске. Но постепенно человек развился настолько, что сумел найти оружие, которое в сочетании со способностью мыслить и творить окончательно возвысило его над всем живым окружением. Сначала огонь добывали случайно - например, из горящих деревьев, в которые дарила молния, затем стали добывать сознательно: за счет трения друг о друга двух подходящих кусков дерева человек впервые зажег огонь 80-150 тысяч лет назад. Животворный, таинственный, вселяющий веренность и чувство гордости ОГОНЬ.

После этого люди же не отказывались от возможности использовать огонь в борьбе против суровых холодов и хищных зверей, для приготовления с трудом добытой пищи. Сколько ловкости, настойчивости, опыта да и просто везения это требовало! Представим себе человека, окруженного нетронутой природой - без построек, которые бы его защищали, без знания хотя бы элементарных физических законов, с запасом слов, не превышающим нескольких десятков. (Кстати, многие ли из нас, даже обладающие солидной научной подготовкой, смогли бы зажечь огонь, не прибегая к каким-либо техническим средствамЦхотя бы спичкам?) К этому открытию человек шел очень долго и распространялось Оно медленно, но ознаменовало собой один из важнейших переломных этапов в истории цивилизации.

Шло время. Люди научились получать тепло, но ста ре располагали никакой силой, кроме собственных мускулов, которая помогала бы им подчинить себе природу. И все же постепенно, мало-помалу они стали использовать силу прирученных животных, ветра и воды. По данным историков, первые тягловые животные была запряжены в плуг около 5 лет назад. Упоминание о первом использовании водной энергии - запуске первой мельницы с колесом, приводимым в движение водяным потоком,Ц относится к началу нашего летосчисления. Однако потребовалась еще тысяча лет, прежде чем это изобретение получило распространение. А древнейшие из известных сегодня ветряных мельниц в Европа были построены в XI в.

На протяжении столетий степень использования новых источников энергии - домашних животных, ветра и воды - оставалась очень низкой. Главным же источником энергии, при помощи которой человек строил жилье, обрабатывал поля, путешествовал, защищался и нападал, служила сила его собственных рук и ног. И так продолжалось примерно до середины нашего тысячелетия. Правда, же в 1470 г. был спущен на воду первый большой четырехмачтовый корабль; около 1500 г. гениальный Леонардо да Винчи предложил не только весьма остроумную модель ткацкого станка, но и проект сооружения летающей машины. Ему же принадлежат многие другие, для того времени просто фантастические идеи и замыслы, осуществление которых должно было способствовать расширению знаний и производительных сил. Но подлинный перелом в технической мысли человечества наступил сравнительно недавно, немногим более трех столетий назад.

Одним из первых гигантов на пути научного прогресса человечества, несомненно, был Иск Ньютон. Этот выдающийся английский естествоиспытатель всю свою долгую жизнь и незаурядный талант посвятил пауке: физике, астрономии и математике. Он сформулировал основные законы классической механики, разработал теорию тяготения, заложил основы гидродинамики и акустики, в значительной мере способствовал развитию оптики, вместе с Лейбницем создал начала теории исчисления бесконечно малых и теории симметричных функций. Физику XV и XIX столетий по праву называют ньютоновской. Труды Иска Ньютона во многом помогли множить силу человеческих мускулов и творческие возможности человеческого мозга.

Вслед за кембриджскими исследованиями Ньютона в Лондоне в 1633 г. выходит книга Сто примеров изобретений. Ее автором был мало кому известный сегодня лорд Эдвард Сомерсет (маркиз Вустер). Один из примеров, приведенных в этой книге под номером 68, настолько напоминает водяной насос с паровым приводом, что многие специалисты приписывают Сомерсету честь изобретения паровой машины.

Промышленная революция - так мы часто называем эту эпоху великих открытий - существенно изменила течение жизни на нашей планете. Одним из ее последствий было окончательное падение феодализма, который же не мог приспособиться к развитию новых производительных сил, и прочение капиталистических производственных отношений. Джеймс атт изобрел паровую машину, которая раскрутила колесо истории до небывалых прежде оборотов.

Паровую машину низкого давления атта совершенствовали многие мастера и инженеры. Среди них следует выделить американца Оливера Эванса. Преодолев многие препятствия, этот талантливый механик, полный энтузиазма и смелых идей, в 1801 г, приступил к сооружению малой паровой машины, в которой давление пара в десять раз превышало атмосферное. же первые две машины получились необычайно удачными, и в 1802 г. Эванс открыл в Филадельфии первый завод паровых машин высокого давления. Он поставил заказчикам до 50 машин мощностью от 7,4 до 29,4 кВт (10-40 л. с.).

В 1807 г. американский изобретатель Роберт Фултон сконструировал первый пароход Клермонт, который совершал регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбани. спех Клермонта оказался настолько бедительным, что в 1819 г. в США был спущен на воду морской пароход.

нглийский техник Джордж Стефенсон в 1823 г. основал завод по изготовлению подвижного состава для общественного транспорта, и в 1825 г.Ц через шесть лет после смерти атта - на трассе Стоктон - Дарлингтон начала действовать первая железная дорога.

В наши дни паровую машину скоро можно будет видеть только в технических музеях, но и там мы будем смотреть на нее с важением.

Итальянский физик Алессандро Вольта родился в 1745 г. Он продолжил эксперименты своего земляка Луиджи Гальвани и прославился изобретением электрической батареи (1800). В его честь мы называем основную единицу электрического напряжения вольтом. (В). Вольтову батареюЦтак называемый элементЦсоставляли два разных проводника электрического тока (электроды), погруженные в жидкость (электролит), через которую протекал электрический ток. В качестве электродов Вольта использовал медь и цинк, электролитом служила соленая вода. Долгим и трудным был путь от этого первого источника постоянного тока до современной электрификации большей части нашей планеты. Остановимся на некоторых знаменательных событиях из истории электричества.

Первым убедительным доказательством полезности вольтова элемента было изобретение электрического телеграфа, которое чаще всего приписывают немецкому врачу и натуралисту Самуэлю Земмерингу (1809). Через два года английскому физику и химику Гемфри Дэви далось получить между двумя угольными электродами электрическую дугуЦсветящуюся струю электрически заряженных частиц необычайно высокой температуры. Дэви был автором и ряда других открытий в зарождающейся области наукиЦэлектрохимии, изучающей связь между электрическими и химическими процессами и явлениями.

Затем последовало множество открытий, связанных с магнитными свойствами электрического тока. Французский физик Андре Ампер стал основоположником новой науки - чения об электромагнетизме. Отсюда оставался один шаг до создания электродвигателя, Этот решающий шаг помогли сделать великий английский физик и химик, бывший ченик переплетчика Майкл Фарадей, немецкий физик, живший и работавший в России, Герман Якоби и многие другие известные и неизвестные механики, физики и химики. Первые электродвигатели работали от совершенствованных вольтовых элементов. Они обладали малой мощностью и постепенно были вытеснены двигателями переменного тока. Для этого потребовалось создать новые источники такого тока - генераторы, а затем турбины, чтобы приводить их в движение.

Путь к всеобщей электрификации проходил через множество крупных и мелких открытий и изобретений. Но это был логичный и целенаправленный путь. Электрическую энергию легко можно передавать на большие расстояния и непосредственно использовать для самых разнообразных целей. Все прежние машины и механизмы требовали топлива, т. е. источника энергии, непосредственно на месте: паровая машина не в состоянии работать без достаточного количества топлива, ветряная мельница - без ветра, водяная мельница - без потока воды. А электрический двигатель работает и за сотни километров от источника потребляемой им энергии.

Сколько людям нужно энергии

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптинмизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продукнтов, технологическим средством и т.д.

На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарнинков, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный голь, нефть, сланцы, торф.

Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощреннонго обращения с огнем, его получением и тушением, сохраненинем огня и рациональным использованием топлива.

Сейчас известно, что древесина - это аккумулированная с помощью фотосинтеза солнечная энергия. При сгорании каждонго килограмма сухой древесины выделяется около 20 кДж тепла (эта величина в теплотехнике именуется теплотой сгоранния). Напомним также, что теплота сгорания бурого гла равна примерно 13 кДж/кг, антрацита 25 кДж/кг, нефти и нефтепродуктов 42 кДж/кг, природного газа 45 кДж/кг. Самой высокой теплотой сгорания обладает водород -12 кДж/кг.

Пришло время объяснить, что же такое энергия, т.е. величинна, измеряемая килоджоулями. Известна и другая физическая величина - работа, имеющая ту же размерность, что и энергия, Зачем нужны два разных понятия?

Оказывается, вопрос имеет принципиальное значение. Энернгия - слово греческое, означающее в переводе деятельность.. Термином "энергия" обозначают единую скалярную меру разнличных форм движения материи. Энергию можно получить при сгорании 1 кг гля или 1 кг нефти, которые называются энергонносителями. Законы физики тверждают: та работа, которую можно получить в реальных машинах и использовать на наши нужды, будет всегда меньше энергии, заключенной в энергононсителе. Энергия - это, по сути дела, энергетический потенциал (или просто потенциал), работа - это та часть потенциала, которая дает полезный эффект. Разницу между энергией и работой называют диссипированной (или рассеявшейся) энергией. До сих пор по традиции еще применяют понятия потеннциальной и кинетической энергии, хотя в действительности из-за огромного разнообразия видов энергии было бы целесообнразно пользоваться единственным термином - энергия. Таким образом, работа совершается в процессе преобразования одних видов энергии в другие и характеризует полезную ее часть, полученную в процессе такого преобразования. Рассеянная в процессе совершения работы энергия неизменно превращается в тепло, которое сообщается окружающему пространству. Понскольку процессы преобразования одних видов энергии в другие бесконечны, любая работа в конце концов переходит в тепло, т.е. обесценивается. Это означает, что чем больше челонвечество добывает гля, нефти и других энергоресурсов, тем больше оно в конечном итоге нагревает окружающую среду.

Прогноз роста потребности в энергии чаще всего связывают с ростом численности населения Земли. При этом предполагают, что на каждого жителя ровень полученной энергии будет также увеличиваться. 15 июля 1987 года численность населения Земли перешла 5-миллиардный рубеж (прогнозы 1975 года утверждали, что это произойдет только после 1990 года!). Ожиндается, что к 2 году население составит не меньше 6 млрд. человек, на каждого жителя будет приходиться в год в средннем около 29 Втч получаемой энергии, в то время как общая годовая потребность в ней составит 20-200 млрд. Втч.

Рис. 1. Пессимистический (а) и оптимиснтинченснкий (б) прогнозы возможного роста мирового энергопотребления.

Период

Мускульная энергия человека

Органические вещества

Древесина

Уголь

Нефть

Природный газ

Водная энергия

томная энергия

500 лет до н. э.

100

2 г. до н. э.

Около 1500 г. н. э.

1910 г.

1935 г.

1972 г.

1990 г.

Итак, ресурсы практически неисчерпаемы! А потребности? По-видимому, они должны соответствовать не только земным нуждам, но и нуждам космического строительства, космических сообщений по трассе Земля - орбита, межорбитальных сообщенний, освоения Луны, планет и астероидов. В дальнейшем, по-видимому, потребуются огромные энергетические затраты на обнаружение и становление связи с другими цивилизациями Вселенной.

Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения работы разного характера. Энергия может находиться и находится в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах, мы, в свою очередь, рассмотрим способы извлечения этой энергии и ее преобразования.

Раздел 2.

альтернативные источники энергии
Ветровая энергия

Мы живем на дне воздушного океана, в мире ветров. Люди давно это поняли, они постоянно ощущали на себе воздействие ветра, хотя долгое время не могли объясннить многие явления. Наблюдением за ветрами заниманлись еще в Древней Греции. же в в. до н. э. было известно, что ветер приносит ту или иную погоду. Правда, греки определяли только направление ветра. В Афинах около 100 г. до н. э. построили так называенмую Башню ветров с крепленной на ней лрозой ветнров (башня существует по сей день, нет только лрозы). В Японии и Китае также были известны розы ветров: изготовленные в виде драконов, они казывали направление ветра. Но главное назначение их было иное: отпугивать злых духов - чужие ветры.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто 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 раганов, приносящих неисчислимый рон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко довлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические словия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 Вт, однако возможности использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20-30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая становка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м² (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м².

Энергия, содержащаяся в потоке движущегося воздуха, пропорциональна кубу скорости ветра. Однако не вся энергия воздушного потока может быть использована даже с помощью идеального стройства. Теоретически коэффициент полезного использования (КПИ) энергии воздушного потока может быть равен 59,3 %. На практике, согласно опубликованным данным, максимальный КПИ энергии ветра в реальном ветроагрегате равен приблизительно 50 %, однако и этот показатель достигается не при всех скоростях, а только при оптимальной скорости, предусмотренной проектом. Кроме того, часть энергии воздушного потока теряется при преобразовании механической энергии в электрическую, которое осуществляется с КПД обычно 75-95 %. читывая все эти факторы, дельная электрическая мощность, выдаваемая реальным ветроэнергетическим агрегатом, видимо, составляет 30-40 % мощности воздушного потока при условии, что этот агрегат работает стойчиво в диапазоне скоростей, предусмотренных проектом. Однако иногда ветер имеет скорость, выходящую за пределы расчетных скоростей. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветроагрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветроагрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора. читывая эти факторы, дельная выработка электрической энергии в течение года, видимо, составляет 15-30% энергии ветра, или даже меньше, в зависимости от местоположения и параметров ветроагрегата.

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. Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент, когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также автоматически отключается при противоположном соотношении.

В небольших масштабах ветроэлектрические станции нашли применение несколько десятилетий назад. Самая крупная из них мощностью 1250 кВт давала ток в сеть электроснабжения американского штата Вермонт непрерывно с 1941 по 1945 г. Однако после поломки ротора опыт прервался - ротор не стали ремонтировать, поскольку энергия от соседней тепловой электростанции обходилась дешевле. По экономическим причинам прекратилась эксплуатация ветроэлектрических станций и в европейских странах.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они спешно работают в труднодоступныха районах, н дальниха островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования. Американец Генри Клюз в штате Мэн построил две мачты и крепил на них ветродвигатели с генераторами. 20 аккумулятором по 6 В и 60 по 2 В служат ему в безветренную погоду, в качестве резерва он имеет бензиновый движок. За месяц Клюз получает от своих ветроэлектрических агрегатов 250 кВтч энергии; этого ему хватает для освещения всего хозяйства, питания бытовой аппаратуры (телевизора, проигрывателя, пылесоса, электрической пишущей машинки), также для водяного насоса и хорошо оборудованной мастерской.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных словиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

Рис 2. Схема ветнроэлектринчеснконго гененрантора на 100 кВт.

Сейчас водород производят главным образом (около 80%) из нефти. Но это неэкономичный для энергетинки процесс, потому что энергия, получаемая из такого водорода, обходится в 3,5 раза дороже, чем энергия от сжигания бензина. К тому же себестоимость такого вондорода постоянно возрастает по мере повышения цен на нефть.

Небольшое количество водорода получают путем электролиза. Производство водорода методом электронлиза воды обходится дороже, чем выработка его из нефти, но оно будет расширяться и с развитием атомнной энергетики станет дешевле. Вблизи атомных элекнтростанций можно разместить станции электролиза воды, где вся энергия, выработанная электростанцией, пойдет на разложение воды с образованием водорода. Правда, цена электролитического водорода останется выше цены электрического тока, зато расходы на траннспортировку и распределение водорода настолько малы, что окончательная цена для потребителя будет вполне приемлема по сравнению с ценой электроэнергии.

Сегодня исследователи интенсивно работают над дешевлением технологических процессов крупнотоажного производства водорода за счет более эффекнтивного разложения воды, используя высокотемперантурный электролиз водяного пара, применяя катализанторы, полунепроницаемые мембраны и т. п.

Большое внимание деляют термолитическому метонду, который (в перспективе) заключается в разложеннии воды на водород и кислород при температуре 2500

В 1969 г. в итальянском отделении Евратома была пущена в эксплуатацию становка для термолитического получения водорода, работающая с к.п.д. 55% при температуре 730

Использование водорода

Когда водород станет столь же доступным топливом, как сегодня природный газ, он сможет всюду его заменнить. Водород можно будет сжигать в кухонных плитах, в водонагревателях и отопительных печах, снабженных горелками, которые почти или совсем не будут отлинчаться от современных горелок, применяемых для сжингания природного газа.

Как мы уже говорили, при сжигании водорода не остается никаких вредных продуктов сгорания. Поэтому отпадает нужда в системах отвода этих продуктов для отопительных стройств, работающих на водороде, Более того, образующийся при горении водяной пар можно считать полезным продуктом Ч он влажняет воздух (как известно, в современных квартирах с ценнтральным отоплением воздух слишком сух). А отсутнствие дымоходов не только способствует экономии строительных расходов, но и повышает к. п. д. отопленния на 30%.

Водород может служить и химическим сырьем во многих отраслях промышленности, например при пронизводстве добрений и продуктов питания, в металлурнгии и нефтехимии. Его можно использовать и для вынработки электроэнергии на местных тепловых электронстанциях.

Заключение.

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальнейншем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деянтельности, которая не требовала бы - прямо или коснвенно - больше энергии, чем ее могут дать мускулы человека.

Потребление энергии - важный показатель жизнеого ровня. В те времена, когда человек добывал пинщу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 Дж энергии. После овландения огнем эта величина возросла до 16 Дж: в принмитивном сельскохозяйственном обществе она составлянла 50 Дж, в более развитом - 100 Дж.

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 ступила место каменному глю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма".

Но и это был лишь этап. голь 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 рана, если, скажем, сравнивать их с запасами гля, вроде бы не столь ж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем голь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из гля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и глю... 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 же 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, добные 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, зкие, 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 словии, 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 ченый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".

Список литературы

1. Аугуста Голдин. Океаны энергии. Ц Пер. с англ. - М.: Знание, 1983. - 144 с.

2. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 344 с.

3. Более чем достаточно. Оптимистический взгляд на будущее энергетики мира/ Под ред. Р. Кларка: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 215 с.

4. Бурдаков В.П.. Электроэнергия из космоса. Ца М.: Энергоатомиздат, 1991. Ц 152 с.

5. Вершинский Н. В. Энергия океана. - М.: Наука, 1986. - 152 с.

6. Гуревич Ю. Холодное горение. //Квант. - 1990 г. - №6. - ст. 9-15.

7. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. - М.: Наука и техника, 1997. - 110 с.

8. Кириллин В. А. Энергетика. Главные проблемы: В вопросах и ответах. - М.: Знание, 1990. - 128 с.

9. Кононов Ю. Д.. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии. - М.: Наука, 1981. Ц 190 с.

10. Меркулов О. П. У пошуках енергÿ майбутнього. - К.: Наукова думка, 1991. - 123 с.

11. Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 г./ Пер. с англ. под ред. Ю. Н. Старшикова. - М.: Энергия, 1980. - 256 с.

12. Нетрадиционные источники энергии. - М.: Знание, 1982. - 120 с.

13. Подгорный А. Н. Водородная энергетика. - М.: Наука, 1988.Ц 96 с.

14. Соснов А. Я. Энергия Земли. - Л.: Лениздат, 1986. - 104 с.

15. Шейдлин А. Е. Новая энергетика. Ц М.: Наука, 1987. - 463 с.

16. Шульга В. Г., Коробко Б. П., Жовмр М. М. Основн результати та завдання впровадження нетрадицйних та вдновлюваних джерел енергÿ в кра

17. Энергетика мира: Переводы докладов XI конгресса МИРЭК/ Под ред. П. С. Непорожнего. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 216 с.

18. Энергетические ресурсы мира/ Под ред. П.С.Непорожнего, В.И. Попкова. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 232 с.

19. Ю. Тёльдеши, Ю. Лесны. Мир ищет энергию. - М.: Мир, 1981. - 440 с.

20. Юдасин Л. С.. Энергетика: проблемы и надежды. - М.: Просвещение, 1990. - 207с.

Blog

Альтернативные источники энергии

Мир ищет энергию

Предисловие

Период

Использование водорода