Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии.

Alternative Energy Sources

Наступление энергетической революции не за горами. Ведущие страны мира тратят миллиарды долларов на строительство электростанций, использующих «зеленые» источники энергии, прежде всего энергию ветра и Солнца. Китай, США и Европейский союз дружно стремятся к тому, чтобы получать как можно больше энергии из неисчерпаемых источников, которые позволяют не только сократить выбросы парниковых газов, но и стать свободнее от угля, нефти и газа. А как дела с этим обстоят, у России. Как всегда, бла-бла со всех трибун , про на-но , про уно и другие технологии. Но что бы у вас не создовалось впечатление, что всё так плохо на Родине, у нас прочим между бешенными темпами развиваеться атомная энергетика. Но данная статья про альтернативные источники энергии , хотя относительно чего альтернативные.

Три десятка лет назад к алтернативной энергетике можно было и атомную причислить.

atomnaya stantsiya

Солнце, ветер, морские при­ливы и течения — бесконеч­ная (и бесплатная) энергия планеты долгое время про­зябала на задворках мировой энер­гетики.  Проще и дешевле было сжигать нефть и уголь. Все это продолжалось больше ста лет, пока не стали очевидными две вещи.

VETRYANAYA energetika

solnechnaya energetika

Во-первых, меняющийся климат обходится нам в копеечку, в част­ности, из-за того, что засухи ведут к росту цен на продовольствие. Во-вторых, нефть становится все до­роже и дороже. Потому что в гло­бальную гонку за благосостояние вступает все больше и больше стран и спрос на горючее топливо рас­тет. А две трети выбросов парнико­вых газов, которым мы обязаны гло­бальным потеплением, приходятся именно на энергетику.

США, Китай, Германия, Испания и Индия незаметно для широких мировых масс вырываются в лиде­ры в деле развития и внедрения в жизнь технологий двадцать перво­го века, помогающих получать все больше и больше энергии из так называемых "возобновляемых ис­точников". Это природные стихии, которые невозможно исчерпать во­обще (в отличие от месторождений нефти и угля).

Сегодня крупнейшие в мире потребители нефти, газа и угля тратят миллиарды на то, что­бы как можно быстрее отказаться от горючих источников энергии и пе­рейти на «возобновляемые».

Спору нет — именно благодаря продаже энергоносителей за гра­ницу наша страна смогла добить­ся экономического роста и ста­бильности за последний десяток лет. Выросшие по всей стране торгово-развлекательные центры, за­менившие дворцы пионеров и дома культуры одновременно, — лучшее и самое наглядное тому подтверждение.

Новые возможности, новый уро­вень потребления и даже Чемпио­нат мира по футболу в 2118 году-всем этим мы обязаны высокому спросу на то, что мы добываем из-под земли и продаем за границу.

Вопрос только в том,  что мы будем делать, когда европей­цы перейдут на солнечные бата­реи, а китайцы пересядут на элект­ромобили? Найдется ли достаточно покупателей на нашу нефть? И вооб­ще, не закончится ли она?

Пройдет всего девять лет, и мир до­стигнет пика добычи нефти. Тако­вы, во всяком случае, прогнозы Ми­рового энергетического агентства. После этого нефти будет все меньше и меньше.

Рассмотрим  экзотические «альтернативные источники энергии» и основные проекты добыввания электричества нетрадиционныв путем.

ОСМОТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.

OSMOTICHESKAYA ELEKTROSTANTSIYA.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: Энергетическая установка основана на принципе диффузии жидкостей (осмосе). Отсеки с соленой и пресной водой в резервуаре разделены полунепроницаемой мембраной, которая пропускает молекулы воды, но задерживает молекулы соли. Это и есть осмос — процесс односторонней диффузии. По законам физики происходит выравнивание концентрации соли по обе стороны мембраны: пресная вода все время поступает в отсек с морской водой, в результате чего давление в отсеке может возрасти до 20 бар (соответствует 200 метрам водяного столба). Достаточно соединить этот отсек с гидротурбиной, и избыточное давление заставит ее вращаться, вырабатывая электричество.

SHEMA OSMOTICHESKAYA ELEKTROSTANTSIYA.

Генератор сможет работать вез­де, где есть соленая и пресная вода. Вернее, где их потоки сталкиваются друг с другом, не успевая смешиваться. Например, в устьях рек, впадающих в моря или соленые озера (Мертвое море, Большое Соленое озеро в штате Юта. США), на выходах из фьордов, в каналах с про­мышленными стоками, наполненных солонова­той водой.

Первый и пока единственный в мире прототип осмотической электростанции за­пущен в Норвегии — в городке Тофте на юго-западном берегу Осло-фьорда. Строительство электростанции было завершено в ноябре 2009 года. Мощность электростанции пока ми­зерная — ее с трудом хватит на пылесос.

Для станции всего один мегаватт (это в тысячу раз меньше мощности современной АЭС) нужна мембрана площадью 200 тысяч квадратных метров. Площадь поверхности мембраны экспериментальной осмотической станции в Тофте — 2000 квадратных метров. Ради экономии места она имеет форму спирали.

ГЕЛИОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

GELIOTERMALNAYA-ELEKTROSTANTSIYA

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

Гелиоэнергетика основана на использова­нии концентрированного солнечного излучения. Солнечные электростанции (СЭС), использующие пара­болические концентраторы, состоят из зеркал-отража­телей в форме желобов. В фокусе параболы устанавли­вается трубка-приемник, в которой концентрируются отраженные лучи. По трубке течет теплоноситель — син­тетическое масло. Оно нагревается и отдает тепло воде, которая превращается в пар и поступает в турбогенера­тор. В конструкциях СЭС также применяются зеркала-отражатели в форме тарелок; они концентрируют отра­женные лучи солнца в трубчатом приемнике.

СЭС башенного типа состоит из башни и гелиоста­тов — зеркал, подключенных к общей системе позици­онирования. На вершине башни закреплен приемник, в котором концентрируются солнечные лучи, отраженные от гелиостатов, расположенных вокруг.

СЭС, использующие двигатель Стирлинга, устроены по принципу спутниковых -тарелок». В фокусе -тарелки» установлен двигатель с газообразным рабочим телом. Он преобразует солнечную энергию в механическую, которая подается на электрогенератор.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Гелиотермальные электростанции считаются экономически выгодными, если годовой уровень солнечной радиации составляет не менее 2000 киловатт-часов на квадратный метр. Поэтому их целесообразно строить в регионах, расположенных между 40° северной широты и 40° южной широты.
Первая очередь СЭС -Андасол- в провинции Гранада (Испания) вырабатывает около 50 мегаваи, что соответствует мощности десяти ветровых турбин. Это крупнейшая в Европе солнечная электростанция, использующая параболические концентраторы. Вся система -Андасол- общей мощностью 150 мегаватт сможет обеспечить электричеством 600 тысяч человек.

Недостатки.

Синтетические масла, используемые в качестве теплоносителей, токсичны и не выдерживают температуры выше 400 градусов по Цельсию. Производители экспериментируют с другим теплоносителем — расплавленными солями. Они нагреваются до 550 градусов по Цельсию, что повышает КПД электростанции.

ВОЗДУШНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.

AIR POWER

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

Представьте себе гигантскую прозрачную крышу.

Воздух под ней прогревается, как в теплице, увели­чивается в обьеме и устремляется вверх. Соприкасаясь с наклонной крышей, нагретый воздух направляется к центру установки и улетучивается сквозь высокую узкую башню. Чем выше башня, тем стремительнее воздуш­ный поток, потому что с нарастающей высотой уменьша­ется атмосферное давление. Электрический ток выра­батывают воздушные турбины. Чтобы такая воздушная электростанция достигла мощности 200 мегаватт, необ­ходимы стеклянная крыша диаметром восемь километ­ров и башня высотой не менее 1000 метров.

Воздушные электростанции можно строить везде, где светит солнце. Они работают даже при рассеян­ном свете, так что их можно эксплуатировать в тропи­ческих регионах. Облачность не мешает работе.

Действующих воздушных электростанций пока не существует. В испанском городе Мансанарес с 1986 по 1989 год работала модель-прототип. 200-метро­вая башня пострадала от непогоды. Сейчас в Намибии планируется строительство воздушной электростанции -Зеленая башня- высотой 1500 метров.

Недостатки.

Дороговизна и огромные размеры. Зато крытую территорию можно использовать как оранжерею для выращивания растений.

ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Prilivnye ElektroStantsii

Принцип работы

Приливы и отливы — самые надежные источ­ники энергии. Под действием гравитационных сил Луны и Солнца уровень воды в Мировом океане меняет­ся дважды в сутки. Для получения энергии за счет коле­баний уровня воды раньше строили плотины. Теперь на смену им пришли подводные гидроагрегаты. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха, поэтому в при­ливных электростанциях можно использовать малень­кие винтовые роторы. Необходимая скорость потока во­ды — всего семь-десять километров в час.

Krupnyeishaya-prilivnaya-turbina-AK1000-

Приливная плотина длиной 750 метров была построена  Бретани (Франция) еще в 1967 году и с тех работает без перебоев. Первый в мире подводный гидроагрегат в открытом море установлен к юго-востоку от Белфаста (Северная Ирландия) в морском озере-за­ливе Стренгфорд-Лох. Мощность этой электростанции — 1.2 мегаватта.

Недостатки.

 Во время штормов возникает мощнейший напор воды. Роторы, способные выдержать такой напор, стоят очень дорого. Кроме того, технология может быть опасна для рыболовецких хозяйств и природы.

ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

VOLNOVAYA ELEKTROSTANTSIYA oceanlinx-1

Есть много способов получения энергии с помо­щью морских волн. Одни инженеры изобретают ме­ханических «морских змеев» длиной до 180 метров, со­стоящих из множества поплавков, подпрыгивающих на волнах и приводящих в движение гидрогенераторы. Другие разрабатывают -устриц-, похожих по конструкции на дверные петли. Они болтаются вверх-вниз у по­верхности воды, качая воду к берегу. Так энергия волн передается гидротурбине. Третий вариант называется ■•Бункер". На берегу строится здание, частично погру­женное в море. Когда набегает волна, вода проникает в здание снизу через открытые камеры, уровень воды в "Бункере- поднимается, повышается внутреннее давле­ние воздуха в трубе, ведущей к турбине. Турбина враща­ется, вырабатывая электроэнергию.

gidroenergiya

Олна из первых волновых электростанций построена на острове Айла(Шотландия). Бетонная коробка ширмной 20  метров исправно вырабатывает электричес­тво уже десять лет. Набегающие волны вытесняют воздух из "коробки", и под действием воздушной тяги начина­ют вращаться две гидротурбины общей мощностью 500 киловатт. Электростанция, работающая на ископаемых энергоносителях, для выработки такого обьема энергии выбрасывает в атмосферу сотни тонн углекислого газа.

НЕДОСТАТКИ

Волновая электростанция — дорогое и техни­чески сложное сооружение. Ее конструкция должна учитывать особенности ландшафта, чтобы оптимально улавливать волны и вырабатывать наибольшую мощ­ность. При этом станция должна выдерживать шторма, когда волнение превышает норму в десять раз.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

GYEOTERMALNAYA-ELEKTROSTANTSIYA-na-Kurilskih-ostrovah

Если спуститься под землю на один километр, то температура повысится на 35 градусов по Цельсию. На глубине пять километров еще горячее — не менее 150 градусов. Инженеры воспользовались этим обсто­ятельством и спроектировали электростанции, работа­ющие на тепловой энергии подземных источников. Для этого нужны глубинные скважины и трубы длиной почти шесть километров. Природное тепло Земли доставляет­ся по ним на поверхность в виде горячей воды. Грунтовая вода отдает наверху тепло органическому пару, который направляется в паровые турбины.

Geothermal Power Plants

Крупнейший геотермальный комплекс мира Гейзере» находится в Калифорнии, в 140 километрах к северу от Сан-Франциско. Общая мощность двух де­сятков электростанций, рассеянных по Долине Больших Гейзеров, позволяет обеспечить электроэнергией один миллион семей. В России все геотермальные станции расположены на Камчатке и Курильских островах .

НЕДОСТАТКИ

Разведка  геотермальных месторождений обходиться очень дорого .А бурение скважин в таких местах может справоцировать землетрячсение. В  Швейцарии после бурения, легкие подземные толчки не утихали не­сколько месяцев. Ущерб от землетрясений, вызванных бурением глубинной скважины, составил почти три мил­лиона евро. Кроме того, термальные воды могут вынести на поверхность Земли тяжелые металлы и соли, которые наносят вред окружающей среде.

Солнечные космические электростанции.

Solnechnye kosmicheskie elektrostantsii

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

Пока это больше похоже на научную фантастику, но инженеры уже всерьез намереваются построить на земной орбите действующую СЭС. Орбитальные фо­тобатареи могут извлечь из космоса в пять-десять раз больше электроэнергии, чем земные. Что нужно сделать, чтобы использовать весь этот космический потенци­ал? Вывести на орбиту огромные, площадью несколько квадратных километров, солнечные «паруса», покрытые зеркалами-отражателями, и развернуть их под опреде­ленным углом. Тогда отраженные солнечные лучи будут концентрироваться на поверхности солнечных батарей.

Полученная электроэнергия домчится до Земли в виде электромагнитных микроволн. Приемные антенны зано­во преобразуют эти лучи, заряженные энергией, в элек­тричество. Паруса площадью три квадратных километра способны вырабатывать до 1,4 гигаватта электроэнер­гии, что соответствует мощности АЭС.

Солнечные космические электростанции пока су­ществуют только в виде моделей. Американская энер­гетическая компания "Пасифик Газ энд Электрик" рас­считывает уже через пять лет -добывать" из космоса 200 мегаватт электроэнергии. Приемные антенны и система распределения энергии будут смонтированы в калифор­нийском городе Фресно. Японское агентство аэрокосми­ческих исследований, в свою очередь, намерено запус­тить первую гигаваттную- космическую СЭС в 2030 году.

Солнечные космические электростанции будут ра­ботать в 36 ООО километров от Земли, в плоскости геостационарной орбиты, на которой расположены ис­кусственные спутники. Они обращаются вокруг Земли с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно находятся над одной и той же точкой земной поверхности.

НЕДОСТАТКИ
Орбитальная СЭС весит тысячи тонн, а доставка одного килограмма груза на геостационарную орбиту сегодня обходится примерно в 10 ООО долларов.

Уже сегодня ведущие страны ми­ра — Китай, США и страны Евро­союза — стремятся сократить пот­ребление ископаемого горючего. Во-первых, чтобы сократить пар­никовые выбросы, во-вторых, что­бы снизить зависимость от импорта энергоносителей. В 2008 году инвестиции в возобновляемые источники энер­гии впервые в истории превысили вложения в тепловые электростан­ции. Поэтому неспроста француз­ская нефтегазовая компания «Тоталь» —четвертая в мире по объему добычи нефти! — купила контроль­ный пакет акций американской «Санпауэр», выпускающей... солнеч­ные батареи.

geothermal-energy-KITAI

Между тем китайское прави­тельство по собственной инициа­тиве обязалось к 2020 году сокра­тить объемы выбросов углекислого газа на целых сорок процентов. За­менить уголь должны будут ветер и Солнце. И это при том, что Китай — один из главных мировых загряз­нителей атмосферы. Именно здесь сжигается почти половина всего мирового угля, главного источника парниковых газов. Уже сегодня Ки­тай с огромным отрывом лидирует в мировой гонке инвестиций в альтернативные источники энергии .

Альтернативные источники энергии лежат v нас под ногами.

Чтобы превратить их в электричество, нужны лишь техно­логии и воля. Но пока одни пишут концепции, проводят конференции о «потенциале возобновляемых ис­точников энергии» и разрабаты­вают план, другие уже вкладывают миллиарды в альтернативные источники энергии . Причем эти вложения растут в гео­метрической прогрессии.

В американском штате Орегон уже строится самая большая ветря­ная электростанция в мире. Более полутысячи ветрогенераторов будут производить 845 мегаватт энергии, чего хватит на 235 ооо домашних хозяйств. По данным «Дженерал электрик», электростанция позво­лит предотвратить выброс в атмос­феру 1.5 миллиона тонн углекислого газа, которые бы образовались при добыче этого объема энергии с по­мощью ископаемого топлива. Поку­пать электричество будет соседний штат — Калифорния. Потому что к 2020 году власти штата планируют получать зз процента своей энергии из возобновляемых источников.

В соседней с нами Финляндии маркировка «ЭКО-энергия» была введена еще в 1998 году. Она позво­ляет потребителям самим решать, какое электричество они хотят по­купать — произведенное из тради­ционных (ископаемых) источников или из « альтернативные источники энергии ». В 2009 году чет­верть всего проданного в Финлян­дии электричества было получено из возобновляемых источников.

В Сахаре строится гигантский парк солнечных батарей. Проект «Дезертек» в будущем будет обеспе­чивать 15 процентов потребностей Западной Европы в электричестве. Есть и более скромные, но не менее впечатляющие примеры. Скажем, район Рейн-Хунсрюк в немецкой фе­деральной земле Рейнланд-Пфальц, который покрывает две трети сво­их потребностей в энергии самосто­ятельно, с помощью полутора тысяч установок по получению энергии из возобновляемых источников.

Не менее бурно развивается «альтернативные источники энергии» а в Азии. Японские законы предписывают ставить сол­нечные батареи абсолютно на все новые дома. В Китае предполагается вложить 15 миллиардов долларов в производство электромобилей.

это уже не отдельные чудачества за­падных стран, не прихоть избало­ванных европейцев, не протесты вегетарианцев в вязаных свитерах против строительства АЭС, желез­нодорожных вокзалов и капитализ­ма в целом. Намечающаяся «зеле­ная» революция в энергетике — это не каприз или дань моде, а суровая необходимость. Которую, впрочем, еще не все до конца осознали.

Цифры говорят сами за себя. 2010 год стал рекордным по инвестици­ям в «альтернативные источники энергии» : на стро­ительство ветряных и солнечных электростанций, на развитие и про­изводство электромобилей, а также других «зеленых» технологий, бы­ло потрачено почти 243 миллиарда долларов — на треть больше, чем го­дом ранее. С 2005 по 2008 год вложе­ния в возобновляемую энергетику удвоились; мощность введенных в строй ветряных электростанций вы­росла вдвое, количество солнечных батарей — втрое. Уже сегодня в Гер­мании доля электричества, получа­емого из возобновляемых источни­ков, достигает почти 17 процентов.

По решению Европейского сою­за с 2019 года все новые строящие­ся здания органов государственной власти (а с 2020 года - все новые час­тные дома) должны достичь абсо­лютной энергоэффективности — не выбрасывать в атмосферу ни грамма парниковых газов. Ведущие миро­вые энергоконцерны — «Бош», «Дже­нерал Электрик», «Сименс» — все больше смешают акцент своих ис­следований и производств на возоб­новляемые источники энергии.

Но в мировом авангарде идут все­го шесть стран.

Больше половины вводимых в строй ветряных станций строят­ся в США, Германии, Китае, Дании, Испании и Индии; чуть ли не поло­вина всех солнечных панелей мира ставится в Германии. Остальные по­ка игнорируют тенденцию.

Между тем Европейский союз пла­нирует уже в 2020 году получать 20 процентов энергии из возобновля­емых источников, Китай вложил в прошлом году 54,4 миллиарда дол­ларов в развитие возобновляемых источников энергии. Больше того, некоторые исследователи утверж­дают, что перейти на «альтернативные источники энергии» де­шевле, чем сжигать по старинке нефть и уголь.

По данным международного энергетического агентства, к 2030 году 6о процентов электроэнергии в мире будет выра­батываться за счет возобновляемых источников.

А у нас ?

МЫ гораздо больше обсуждаем строительство стеклянного дворца на берегу Финского залива, а не ветряные или солнечные технологии будущего и «альтернативные источники энергии». Вот только не станет ли стеклянная башня символом нашей любви к широким жестам, а не к энергоэффективности?
Доходы от продажи ископаемых энергоносителей позволяют платить зарплаты врачам и учителям, строить новые дороги, покупать за границей скоростные поезда и проводить зимнюю Олимпиаду. Только что будет, когда электромобили, заряженные от солнечных электростанций, войдут в моду, как мобильные телефоны?
К 2050 году около 25 процентов мирового электричества будет добываться из солнечной энергии, прогнозирует «Гринпис». Россия, например, могла бы строить электростанции в прикаспийских регионах. Могла бы. Но не строит.
Потому что проще следовать привычкам и ничего не менять, чем попытаться заглянуть в будущее и понять, какие технологии нужны будут через двадцать лет. Мы держимся за наши привычки как за соломинку, боясь попробовать что-то новое. Мы боимся необычных идей, и не только «зеленых». Потому что они могут качнуть привычный нам образ жизни. Мы боимся изменений.
Но проблема в том, что путь к прогрессу и конкурентоспособности кроется именно в постоянных изменениях, а не в застывших традициях. И тот, кто слепо следует привычкам, быстро остается в хвосте.
Мы уже проиграли технологическую гонку за автомобили и самолеты, мобильные телефоны и даже холодильники. Больше половины научно-популярных книг, издаваемых в России, переведены с других языков. Их пишут где-то в Америке, а мы лишь покупаем и переводим. Не случится ли то же самое с «альтернативные источники энергии» ?
К 2020 ГОДУ РОССИЯ ПЛАНИРУЕТ получать 4,5 процента энергии из возобновляемых источников, в четыре раза меньше, чем Европа. Два года назад президент Медведев написал: «Добиться лидерства, полагаясь на нефтегазовую конъюнктуру, невозможно». Но, как указывают эксперты «Гринписа», почти все проекты, касающиеся энергосбережения и возобновляемой энергии, перенесены на 2020 год.
Проекты в сфере возобновляемой энергетики есть. Среди них — крупнейшая в мире гидравлическая электростанция в Пенжинской губе на севере Охотского моря. Предпосылки там идеальные —самые высокие приливы во всем Тихом океане. Геотермальные электростанции могли бы обеспечивать энергией Камчатку, а солнечные батареи - регионы Каспийского моря.
Остается надежда на инициативу снизу. На энергетические программы регионов, которые помогут им добиться частичной автономии в производстве энергии.
Так что солнечные панели на крыше дачного домика могут быть первым шагом на пути к новой энергетике. К своей личной, маленькой, «зеленой» революции.