Новые способы получения электрической энергии

     В таких странах, как Испания и Греция, индивидуальный комплект солнечной нагревательной установки можно приобрести даже в хозяйственном отделе супермаркета. Несмотря на простоту процесса солнечного нагрева воды, наиболее массовое применение эта технология получила в солнцеизбыточных регионах, поскольку особых технических ухищрений для отбора массы солнечной энергии в виде устройств с высоким КПД не требуется. Здесь простые и дешевые солнечные коллекторы на основе стали или алюминия прописались всерьез и надолго. Для средних широт, где интенсивность солнечного облучения (инсоляции) квадратного метра поверхности ниже, используются плоские солнечные коллекторы с медной пластиной с упомянутым высокоселективным покрытием на основе титана, а также стеклянные панели из особого стекла, работающего по принципу все тепло впускать и не выпускать обратно. Такой продукт явился плодом высоких технологий, но по мере роста цен на энергию тоже стал массовым. Медные коллекторы с высоким КПД производятся во всех частях света, благо меди, титана и стекла на земле достаточно.

     Наибольшее развитие солнечные установки для обогрева помещений получили в Краснодарском крае и Республике Бурятия. В Бурятии солнечными коллекторами производительностью от 500 до 3000 литров горячей воды (90-100 градусов по Цельсию) в сутки оснащены различные промышленные и социальные объекты - больницы, школы,  завод "Электромашина" и т.д., а также частные жилые здания.

     Хотелось бы  отметить следующие достоинства  применения солнечной энергии:

• Общедоступность и неисчерпаемость источника.
• Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

5. Геотермальная энергия (тепло земли).

     Геотермальная энергия - в дословном переводе значит: земли тепловая энергия. Объём Земли составляет примерно 1085 млрд.куб.км и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры , имеет очень высокую температуру.

     Если учесть ещё и теплоемкость пород Земли, то станет ясно, что геотермальная теплота представляет собой, несомненно, самый крупный источник энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причём это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для её получения не требуется сжигать топливо или создавать реакторы.

     В некоторых районах природа доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара или перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхность. Природный пар можно непосредственно использовать для производства электроэнергии. Имеются также районы, где геотермальными водами из источников и скважин можно обогревать жилища и теплицы.                                                                                                             

     Для производства электроэнергии с помощью геотермального пара от этого пара отделяют твёрдые частицы, пропуская его через сепаратор, и затем направляют его в турбину. "Стоимость топлива" такой электростанции определяется капитальными затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом также невелика, так как последняя не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. В таком удобном естественном виде геотермальная энергия является экономически выгодным источником электрической энергии. К сожалению, на Земле редко встречаются поверхностные выходы природного пара или перегретых (то есть, с температурой гораздо выше 100oС) вод, вскипающих с образованием достаточного количества пара.

     Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии.

    В России перспективными в этом смысле районами являются Камчатка и Курильские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автоматизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах - станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, а на Камчатке и Курилах она очень высока в силу дальности перевозок топлива, и отсутствия железных дорог.

     На Кубани активизируют использование энергии геотермальных месторождений. На сегодняшний день в регионе эксплуатируется 12 и простаивают без потребителей четыре таких месторождения с 80-ю скважинами глубиной 1,7-2,3 тыс. м. Ежегодная добыча термальной воды на них могла бы составить до 10 млн. кубометров.

     Предполагается, что полноценный ввод месторождений в эксплуатацию позволил бы обеспечить дешевой и экологически чистой энергией потребителей в ряде крупных кубанских городов.

     Так, в частности, подобный проект планируется реализовать в Усть-Лабинске. Также подготовлены бизнес-планы геотермального энергоснабжения курортов Горячий ключ и Анапа, а также Апшеронска и поселка Мостовской.

     Ученые научно- исследовательской лаборатории ядерно-химических технологий Севастопольского Национального университета ядерной энергии и промышленности определили, что в районе Севастополя на глубине находится восемь потоков геотермальных вод. Причем давление достаточное и глубинные насосы не нужны.

     По словам ученых, температура несоленой воды – порядка 90 градусов. И с ее помощью можно сэкономить немало ресурсов – достаточно подключить ее к существующим тепловым трассам, центрам или котельным и поддерживать необходимый тепловой режим. Причем горячая вода может использоваться для нужд севастопольцев круглый год.                        

     Ученые также убеждены, что эту воду можно использовать для содержания теплиц или открытых зимних бассейнов для туристов и отдыхающих.

Пока в Украине есть только одна такая скважина и то экспериментальная – в Киеве.

     После солнечной энергии геотермальные источники – самый реальный и выгодный источник получения энергии.

6. Энергия воды.

     Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море.      

     Огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

     Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

     В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. ПЭС двустороннего действия способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 часов с перерывами в 1-2 часа четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы - с двумя, тремя и большим количеством бассейнов.

     С точки зрения экологии ПЭС имеет бесспорное преимущество перед тепловыми электростанциями, сжигающими нефть и каменный уголь.    

     Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения недавно созданной трубы Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство.

     В России использование энергии приливов весьма перспективно.

     Первая ПЭС в России начала работать в 1968 г. в Кислой губе на Белом море. Она представляет железобетонную конструкцию длиной 36 м, шириной 18,3 и высотой 15,35 м. Станция награждена золотой медалью на Всемирной выставке «ЭКСПО» в Японии, а сам метод постройки получил название «российского» и используется ныне при создании морских платформ для добычи нефти. Мощность приливной электростанции в Кислой губе, где высота прилива достигает 5 метров, составляет 400 квт. Станция считается экспериментальной, но уже разрабатываются проекты новых станций, для промышленного использования. Одной - в Белом море и двух - в Охотском. Планируется, что на Мезенской ПЭС в Белом море будет запущен первый в России полупромышленный энергоблок мощностью 10 МВт. Полностью введенная в эксплуатацию Мезенская приливная станция может дать до 20 тысяч МВТ.  
     В Пенжинской губе на Охотском море, где приливы доходят до 17 м, приливная электростанция даст от 20 до 90 тысяч МВТ. В целом же Россия располагает ресурсом приливной энергии, соизмеримым с общим количеством энергии, которое вырабатывается и используется сегодня в стране. Только Кольский залив и побережье Охотского моря могут дать порядка 100 гигаватт энергии за счет использования приливных электростанций. А всего 2 мегаватта достаточно для отопления и освещения среднего поселка за Полярным кругом.

7. Энергия течений.

     Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным» в атмосферу).

     Наиболее мощные течения океана - потенциальный источник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом, мощность от 1 кв. м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб. м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб. м/с, скорость до 1, 8 м/с).  
     Если бы мы смогли полностью использовать  энергию течения Гольфстрим, она была бы эквивалентна суммарной энергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт. Но эта цифра чисто теоретическая, а практически можно рассчитывать на использование лишь около 10% энергии течения.  
     Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.                                   

     Программа "Кориолис" предусматривает установку во Флоридском  
проливе в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими  
колесами диаметром 168 м, вращающимися в противоположных направлениях. Пара рабочих колес размещается внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающей плавучесть турбины. Для повышения эффективности лопасти колес предполагается сделать достаточно гибкими. Вся система "Кориолис" общей длиной 60 км будет ориентирована по основному потоку; ширина ее при расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в каждом составит 30 км.  
     Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и заглубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству. После того как большая часть Южного Пассатного течения проникает в Карибское море и Мексиканский залив, вода возвращается оттуда в Атлантику через Флоридский залив. Ширина течения становится минимальной – 80 км. При этом оно убыстряет свое движение до 2 м/с. Когда же Флоридское течение усиливается Антильским, расход воды достигает максимума. Развивается сила,  
вполне достаточная, чтобы привести в движение турбину с размашистыми  
лопастями, вал которой соединен с электрогенератором. Дальше – передача  
тока по подводному кабелю на берег. Материал турбины - алюминий. Срок службы – 80 лет. Ее постоянное место – под водой. Подъем на поверхность воды только для профилактического ремонта. Ее работа практически не зависит от глубины погружения и температуры воды.                    

     Американские инженеры, считают, что строительство такого сооружения  
даже дешевле, чем возведение тепловых электростанций. Здесь не нужно  
возводить здание, прокладывать дороги, устраивать склады. Да и  
эксплуатационные расходы существенно меньше. Полезная мощность каждой турбины с учетом затрат на эксплуатацию и потерь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%. Первый опытный образец подобной турбины диаметром 1,5 м был испытан во Флоридском проливе. Разработан также проект турбины с рабочим колесом диаметром 12 м и мощностью 400 кВт.

 Компания OceanWorksDevelopment планирует построить новый аэропорт Сан-Диего вблизи Калифорнийского побережья (США), который будет работать за счет возобновляемых источников энергии. В настоящее время идет разработка проекта. Терминал будет располагаться на плавающей платформе в 13-20 км от побережья. Новый аэропорт будет использовать энергию ветра и энергию течений.

     Новая турбина «Кобольд» способна вырабатывать электричество под воздействием морского течения. Производительность электростанции в зависимости от скорости приливного течения составляет от 15 до 70 кВт.    Основными потребителями энергии будут морские архипелаги, составленные из маленьких островков: тянуть на них ЛЭП с материка трудоемко и невыгодно.  
     Сейчас компания, создавшая «Кобольд», разрабатывает следующее поколение турбин, пригодных к установке в различных морях с учетом приливных течений. Они будут особенно эффективны в узких проливах поблизости от прибрежных городов.