Альтернативные источники энергии

К альтернативным источникам энергии относятся восстановительные - ветер, солнечное излучение, энергия морей и океанов и т.п. (рис.4.1). их преимуществом является то, что все они экологически чистые.

Альтернативные источники энергии
Рис. 4.1. Альтернативные источники энергииЭнергия ветра
По подсчетам ученых, общий ветроэнергетическим потенциал Земли в ЗО раз превышает годовое потребление электроэнергии во всем мире. Однако, используется лишь мизерная доля этой энергии. Но так было не всегда. По данным статистики, в дореволюционной России насчитывалось около ЗО тыс. Ветряков. Эта нехитрая установка была также атрибутом почти каждого второго села в Украине. Однако паровая машина, а затем двигатель внутреннего сгорания вытеснили этих скромных тружеников.
Возможности использования этого вида энергии в разных местах Земли неодинаковы. Для нормальной работы ветровых двигателей скорость ветра не должна в среднем за год падать ниже 4-5 м / с, а лучше, когда она составляет 6-8 м / с. Для этих установок вредные и слишком большие скорости ветра (ураганы), которые могут их поломать. Наиболее благоприятные зоны для использования ветровой энергии - побережье морей и океанов, степи, тундра, горы. В пределах Украины такими участками являются побережье Черного моря, особенно Крым, а также Карпаты, южные степные районы.
Пионером строительства ветровых электростанций (ВЭС) в нашей стране до войны был выдающийся украинский ученый и инженер, один из основоположников космонавтики Ю. Кондратюк. Построенная им в 1931 вблизи Севастополя ВЭС мощностью 100 кВт, обеспечивала током городскую сеть более десяти лет. Ю.Кондратюк проектировал более мощные ВЭС на 5 и 10 тыс. КВт, и началась война, Кондратюк ушел добровольцем на фронт и погиб в 1 941 p., А проекты его ВЭС было положено «под сукно».
Сейчас на Западе, особенно в Дании и США, серийно выпускаются небольшие ВЭС мощностью от 1,5 до 100 кВт. Построено несколько экспериментальных ВЭС мощностью до 30 тыс. КВт. Воплощается другая техническая идея Ю.Кондратюка, который предложил в свое время строить ВЭС вместе с установками по производству водорода путем электролиза воды. Тогда, когда потребность в электроэнергии ниже, "лишняя" мощность ВЭС направляется на производство ценнейшего энергетического продукта - водорода. Водород может использоваться как топливо для автомобилей, а также вместо природного газа во многих других установках, причем в результате его сгорания не образуются вредные вещества, а только водяной пар.
Особенно актуальным использование энергии является для Крыма. Сейчас по данным Крымэнерго, полуостров потребляет 1 млн. 340 тыс. КВт, причем почти вся эта энергия поступает из-за пределов Крыма. Некоторую часть ее дают дизельные станции, загрязняющих воздух курортной зоны. А тем временем на одной Арабатской стрелке, на Сиваше, можно установить ЗО тыс. ВЭС и получить 3 млн. КВт экологически чистой электроэнергии. А если построить ВЭС на крымских яйлах от Керчи до Севастополя, то Крым может стать даже экспортером электроэнергии.
При работе ВЭС окружающую среду не претерпит никаких загрязнений. Единственные негативные воздействия - это низкочастотный шум (гудение) работающих ветряков и еще гибель птиц, попадающих в лопасти двигателей.Энергия морей и океанов
Мировой океан содержит огромный энергетический потенциал. Это, во-первых, энергия Солнца, поглощенная океанской водой, оказывается в энергии морских течений, волн, прибоя, разности температур различных слоев морской воды и, во-вторых, энергия притяжения Луны и Солнца, которая вызывает морские приливы и отливы. Используется этот большой и экологически чистый потенциал еще очень мало.
Одна из первых электростанций, использующий энергию морских волн, было построено еще в 1970 г.. Вблизи норвежского города Бергена. Она имеет мощность 350 кВт и обеспечивает энергией поселок из 100 домов. Возможности создания более мощных волновых станций исследуются учеными Великобритании, США и Японии. А румынские ученые провели удачные опыты с установками для преобразования энергии морских волн на электроэнергию на Черном море, которое у побережья Румынии ничем не отличается (с энергетической точки зрения) от того, что омывает берега Украины.
Все типы морских волновых электростанций, строящихся и действующих сегодня, построены по единому принципу: в специальном буи-поплавке под действием волны колеблется уровень воды. Это приводит к сжатию в нем воздуха, движет турбину. В экспериментальных электростанциях даже небольшие волны высотой 35 см заставляют турбину развивать скорость более 2 тыс. Оборотов в минуту. Метровой высоты волна обеспечивает от 25 до 30 кВт энергии, а в некоторых частях Мирового океана, например, в Тихом океане, можно получить до 90 кВт.
Другой разновидностью морских электростанций с установки, преобразующие энергию морского прибоя. Кроме упомянутого поплавкового принципа, такие станции используют также принцип накачки сильным прибоем морской воды в резервуар, расположенный выше уровня моря. Оттуда вода спускается вниз, крутя турбины энергоустановок.
В океане иногда довольно близко расположены слои воды с разной температурой. Наиболее значительной (до 22С) разница температуры есть в тропической зоне мирового океана. На этом явлении основан принцип получения электроэнергии. В специальный теплообменник закачивается насосами холодная глубинная вода и нагретая Солнцем поверхностная. Рабочий агент (фреон), которую домашнем холодильнике, поочередно испаряется и переходит в жидкое состояние в различных частях теплообменника. Пара фреона движет турбину генератора. Сейчас такая установка мощностью 100 кВт работает на тихоокеанском острове Науру, обеспечивая энергопотребности населения этого острова.
Наконец, разработаны и уже действуют электростанции, использующие энергию морских приливов. Выгодными они в таких участках побережья Мирового океана, где приливы бывают высокими. К таким участкам относятся канадская залив Франции (высота прилива составляет 17м). пролив Ла-Манш (15м), Пенжинська залив Охотского моря (13м) и др. На побережье Черного моря высота прилива очень незначительна. Сейчас построен и работает несколько приточный станций: в устье р. Ране на побережье Ла-Манша (Франция) мощностью 240 тыс. КВт и Кислогубская в Кольском заливе (Россия) мощностью 400 кВт.
Широкое внедрение морских электростанций различных типов сдерживается относительно высокой их стоимости. Однако, ученые пришли к выводу, что их энергетический баланс (соотношение полученной и затраченной энергии) может быть более высоким, чем у некоторых АЭС и ТЭС, работающих на угле и нефти. Расчеты и проекты инженеров свидетельствуют, что в ближайшем будущем возможно строительство крупных электростанций такого типа. Привлекают внимание проекты электростанций, расположенных на плавучих установках вдали от берега. В некоторых проектах предлагается получать энергию на таких станциях комплексным способом (например, за счет волн, разности температур, а также ветра и Солнца). Эта энергия может использоваться для производства водорода или передаваться на берег по подводному кабелю.
Работа упомянутых электростанций не вызывает загрязнения окружающей среды, в том числе и теплового, потому что они только превращают аккумулированную в волнах, приливах и т.д. энергию Солнца и Луны на другие виды энергии, в частности электрическую.