Нетрадиционные источники энергии

     Скорость  и направление ветра меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее "надежным", чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить в целях 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.1 Может быть, одним из решений станет внедрение новой технологии по созданию и использованию искусственных вихревых потоков.1 

     Говоря  о производстве электроэнергии, следует заметить, что она представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем. 

     Для малых автономных ветровых и солнечных  энергоустановок возможно и целесообразно  применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Достаточно мощная энергосистема, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ветроэлектростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), может компенсировать изменения мощности этих станций. Однако при этом, во избежание изменений параметров энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, по предварительной оценке, 10-15% (по мощности). 

       Основным видом (ВЭУ) является турбина крыльчатого типа с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3 в фиксированном положении с небольшой регулировкой угла наклона. Турбина, мультипликатор и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. В последних моделях ВЭУ используются асинхронные генераторы переменной мощности, а задачу кондиционирования вырабатываемой энергии выполняет электроника. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения, возможностью соединяться непосредственно с генератором электрического тока без мультипликатора и высоким коэффициентом использования энергии ветра. 

     Другая  популярная разновидность ВЭУ - карусельные  ветродвигатели. Они тихоходны, и  это позволяет использовать простые  электрические схемы, например, с  асинхронным генератором, без риска  потерпеть аварию при сильном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов неэффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем, "откуда дует ветер", что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. 

     Появляются  и совершенно новые модели ВЭУ, однако это направление пока находится в экспериментальной стадии. 

     Экономический потенциал малых и мини-ГЭС составляет примерно 10% от общего экономического потенциала. Но используется этот потенциал менее чем на 1%. Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительства новых малых и мини-ГЭС. Однако малые ГЭС, построенные путем полного перегораживания русла рек плотинами, обладают всеми недостатками наших гигантов энергетики (ГЭС) и строго говоря, вряд ли могут быть отнесены к экологически чистым видам энергии. 

     Бесплотинные  микро-ГЭС для речек, речушек и  даже ручьев существуют уже давно. Бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. в комплекте  с аккумулятором обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую  экспедицию, отгонное пастбище или  небольшую мастерскую. Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную "лыжу" и тросами закрепляется с двух берегов. Бесплотинная мини-ГЭС, успешно зарекомендовавшая себя на речках Горного Алтая, доработана до уровня опытного образца. 

     Волновая  энергия.

     В структуре возобновляемых энергоресурсов весьма перспективным энергоносителем  являются океанские волны. Специалисты  утверждают, что уже сейчас за счет энергии океанских волн возможно получение электроэнергии производительностью до 10 млрд. кВт. Это лишь незначительная доля совокупной мощности волн морей и океанов Земли. Вместе с тем она больше мощности всех электростанций, работавших на земле в 1990 г.5 Наиболее совершенен проект "Кивающая утка", предложенный конструктором С. Солтером (S. Salter, Эдинбургский уни-верситет, Шотландия). Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч). 

     Энергию приливов вполне можно "приручить" на приливных ГЭС, которые демонстрируют достаточно хорошие экономические показатели, но ресурс их ограничен - требуются специфические природные условия - узкий вход в бухту и т.п. Совокупная энергия приливов оценивается в 0,09*1015 кВт*час в год. 

     Геотермальная энергия, строго говоря, не является возобновляемой, поскольку речь идет не об использовании постоянного потока тепла, поступающего из недр к поверхности (в среднем 0,03 Вт/м2), а об использовании тепла, запасенного жидкими или твердыми средами, находящимися на определенных глубинах. Мировые запасы геотермальной энергии составляют: для получения электроэнергии - 22400 ТВт*ч/год, для прямого использования - более 140 ТДж/год тепла. Существующие геотермальные электростанции (геоТЭС) представляют собой одноконтурные системы, в которых геотермальный пар непосредственно работает в паровой турбине, или двухконтурные с низкокипящим рабочим телом во втором контуре. 

     Биомасса  представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов. Ее энергетическое использование возможно через сжигание, газификацию (термохимические газогенераторы, перерабатывающие твердые органические отходы в газообразное топливо), пиролиз и биохимическую переработку анаэробного сбраживания жидких отходов с получением спиртов или биогаза. Каждый из этих процессов имеет свою область применения и назначение. 

     Некоммерческое  использование биомассы (проще говоря, сжигание дров) наносит большой ущерб окружающей среде. Хорошо известны проблемы обезлесевания и опустынивания в Африке, сведения тропических лесов в Южной Америке. С другой стороны, использование древесины от энергетических плантаций является примером получения энергии от органического сырья с суммарными нулевыми выбросами диоксида углерода. 

     Одним из самых необычных  видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, макрокомпонентами которого являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2). Так, в США на газе от свалок работают 114 электростанций. 

     Низкопотенциальное  тепло, как уже упоминалось ранее, также относят к возобновляемым источникам энергии. Использование систем теплонасосного отбора рассеянного тепла поверхностных слоев грунта обеспечивают более чем 3-х кратную экономию электроэнергии при выработке тепла. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Подводя итоги. 

     В развивающихся странах главный  экономический капитал — природные и возобновляемые ресурсы — расходуется быстрее, чем он может быть восстановлен и заменен. Некоторые страны уже израсходовали свои природные ресурсы и находятся на грани экологического банкротства. Это грозит им* не только голодной смертью, но и возникновением социальной нестабильности и конфликтов, поскольку истощение ресурсов и разрушение окружающей среды вынуждает миллионы «экологических беженцев» покидать свои страны и вносить напряженность в развитые страны, поскольку бегут они именно туда.

     Альтернативу  этому пути комиссия видит в новом  витке экономического роста. Не такого, который доминирует сегодня, а сбалансированного  роста, основанного на формах развития, не представляющих угрозы окружающей среде.

     Перейти от несбалансированной экономики к сбалансированной — это вопрос выживания человечества.

     Что делать?

     * Сдерживать рост населения.

     * Исключить расточительное уменьшение  природных ресурсов.

     * Достигать уровня и темпов  экономического развития по возможности  за счет возобновляемых природных  ресурсов. А это в свою очередь  должно привести к снижению загрязнения окружающей среды, защите и сохранению «экологического капитала» — природных ресурсов.

     * Пересмотреть экономические решения,  которые прямо или косвенно  приводят к сведению лесов,  опустыниванию, пагубным воздействиям  на растительный и животный  мир, загрязнению атмосферы и водных ресурсов.

     * Изменить политику в отношении  сельского хозяйства. Вместо «помощи» (субсидирования) в виде поставок  излишков сельхозпродукции развивающимся  странам следует оказывать им  финансовую помощь, которая способствовала бы проведению в них важных внутренних реформ, нацеленных на увеличение производства и замедление разрушения их сельскохозяйственной ресурсной базы.

     * Принять закон о безопасности  пищевых продуктов. Это приведет  к разумной технологии выращивания  сельскохозяйственной продукции с целью получения экологически чистого продукта.

     * Стимулировать рынок лесной продукции  таким образом, чтобы потребности  рынка в ней сократить путем  замены строительного материала  и сберечь лесные, особенно тропические  ресурсы. 

     * Самым важным условием сбалансированного экономического развития является совместное рассмотрение экономических и экологических проблем в процессе принятия решений между развитыми и развивающимися странами, чтобы экологические и экономические системы стали полностью взаимосвязаны.

     * Принимать только экологически  сбалансированный бюджет. 

Энергосбережение 

     Энергосбережение  — это разработка систем, более  эффективно использующих энергию, т. е. обеспечивающих такой же или даже более высокий уровень транспортных услуг, освещения, отопления, производительности труда и т. д. при меньших энерготратах, а именно:

     — вдвое сокращен расход автомобильного горючего — с 18,2 до 9,1 л на 100 км пробега. Только это уже позволяет экономить  около 2 млн баррелей сырой нефти  в сутки;

     — разработаны модели автомобилей, у  которых средний расход горючего 2,23-3,4 л на 100 км пробега, фирма «Рено» создала автомобиль, использующий 1,9 л на 100 км пробега;

     — улучшив термоизоляцию помещений, можно снизить энергорасходы  на отопление и охлаждение и сэкономить еще по меньшей мере миллиард баррелей нефти в год;

     — заменив традиционные электролампы флуоресцентными: у ламп накаливания  кпд составляет всего 5%, а 95% энергии  теряется в виде тепла; у флуоресцентных ламп КПД близок к 95%;

     — когенерирование подразумевает размещение электрогенератора вместе с источником энергии для него непосредственно в каждом здании. Тогда выделяемое при получении электричества тепло используется на месте для отопления и горячего водоснабжения (зимой) и кондиционирования (летом). В результате можно сэкономить 30% топлива. Еще одно преимущество когенерирования состоит в том, что исключаются перебои в электроснабжении и падения напряжения в сети, случающиеся в высокоцентрализованных системах;

     — экономия сырой нефти и других видов ископаемых топлива позволит смягчить парниковый эффект, связанный с выбросами в атмосферу двуокиси углерода, сократить масштабы кислотных дождей, снизить приземной уровень озона и других загрязнителей воздуха, возникающих в основном при сжигании этих энергоресурсов;

     — изменение образа жизни. Быт современных  людей весьма расточителен в смысле энергозатрат. Некоторые его изменения (не использовать одноразовую тару, сдавать бутылки, бумагу, вторичное  сырье и т. д.) могут обеспечить энергосбережение.

     Снизить потребление сырой нефти и других традиционных видов топлива можно, заменив их другими источниками энергии. Такой переход неизбежен в долгосрочной перспективе, поскольку возможности энергосбережения ограничены законами термодинамики. Все это, естественно, должно сочетаться с развитием энергосберегающих технологий. 

     Что же касается «бесплатности» большинства  видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий в том, что бесплатную энергию способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.