Альтернативные источники энергии

     Положительный пример по использованию энергии  ветра показали Нидерланды и Швеция, которая приняла решение на протяжении 90-х годов построить и разместить в наиболее удобных местах 54 тысячи высокоэффективных энергоустановок. В мире сейчас работает более 30 тысяч  ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии.

Водород

     На  данный момент водород является самым  разрабатываемым "топливом будущего". На это есть несколько причин: при окислении водорода образуется как побочный продукт вода, из нее же можно водород добывать. А если учесть, что 73% поверхности Земли покрыты водой, то можно считать, что водород неисчерпаемое топливо. Так же возможно использование водорода для осуществления термоядерного синтеза, который вот уже несколько миллиардов лет происходит на нашем Солнце и обеспечивает нас солнечной энергией.

     Гидроэнергия

     Гидроэнергостанции – еще один из источников энергии, претендующих на экологическую чистоту. В начале XX века крупные и горные реки мира привлекли к себе внимание, а концу столетия большинство из них было перегорожено каскадами плотин, дающими баснословно дешевую энергию. Однако это привело к огромному ущербу для сельского хозяйства и природы вообще: земли выше плотин подтоплялись, ниже – падал уровень грунтовых вод, терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, падали рыбные запасы и т.п. На горных реках все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла привести к тысячам человеческих жертв. Поэтому современные крупные ГЭС не являются действительно экологически чистыми. Минусы ГЭС породили идею "мини-ГЭС", которые могут располагаться на небольших реках или даже ручьях, их электрогенераторы будут работать при небольших перепадах воды или движимые лишь силой течения. Эти же мини-ГЭС могут быть установлены и на крупных реках с относительно быстрым течением.

     Детально  разработаны центробежные и пропеллерные энергоблоки рукавных переносных гидроэлектростанций  мощностью от 0.18 до 30 киловатт. При  поточном производстве унифицированного гидротурбинного оборудования "мини-ГЭС" способны конкурировать с "макси" по себестоимости киловатт-часа. Несомненным плюсом является также возможность их установки даже в самых труднодоступных уголках страны: все оборудование можно перевезти на одной вьючной лошади, а установка или демонтаж занимает всего несколько часов.

     Еще одной очень перспективной разработкой, не получившей пока широкого применения, является недавно созданная геликоидная турбина Горлова (по имени ее создателя). Ее особенность заключается в том, что она не нуждается в сильном напоре и эффективно работает, используя кинетическую энергию водяного потока - реки, океанского течения или морского прилива. Это изобретение изменило привычное представление о гидроэнергостанции, мощность, которой ранее зависела только от силы напора воды, то есть от высоты плотины ГЭС.

     Из  всех видов возобновляемых источников энергии волновая энергия представляется исследователям наиболее трудно-подчиняемой, но если ее смогут эффективно использовать, то можно с уверенностью сказать, что энергетика избавится, наконец, от глобальной зависимости от ископаемых источников энергии. Отделившаяся в  свое время от шведской компании-производителя  военных самолетов Saab дизайнерская фирма Minesto разработала подводную турбину Deep Green, которая вполне может генерировать около 18 терраватт электроэнергии ежегодно посредством использования волновой энергии.

     Электричества, вырабатываемого подводным генератором  Deep Green, хватит на обеспечение энергией 4 миллионов британских домохозяйств. Эта концепция была изначально разработана в качестве ветровой турбины, но в дальнейшем дизайнеры посчитали, что такая конструкция может быть более полезной, если разместить ее под водой, поскольку вода плотнее воздуха почти в 832 раза.

     Подводный змей представляет собой привязанное  тросом ко дну крыло, на котором крепятся турбина и генератор. Гидродинамические  силы, воздействующие на змея, определяются скоростью течения и заставляют его передвигаться, но не произвольно, а по определенной траектории, похожей  на восьмерку, которая задается автоматической системой управления. Такое уникальное движение змея позволяет увеличивать  скорость потока воды на турбину в 10 раз. Вырабатываемое электричество  передается на берег посредством  силового кабеля, расположенного внутри троса. Поскольку высокие скорости потока воды в турбине позволяют  обойтись без редуктора, а системы  крепления не включают в себя массивные  фундаменты, необходимых для башен  и других тяжелых установок в  море, подводный комплекс, как по размеру, так и по общей стоимости, оказывается весьма привлекательным  для полномасштабного использования.

     Типовой подводный змей имеет длину крыла 12 метров и предназначен для работы на глубине 60 – 120 метров и со скоростью  течения 1,2 – 2,2 м/с. Кроме того, Deep Green эффективно функционирует даже в районах с малыми скоростями течения и на больших глубинах. Как показали исследования, технология Minesto может использовать до 40 процентов энергетического потенциала волновой энергии. Согласно смете расходов компании, один киловатт электроэнергии, полученный этой 14-тонной змеей, будет стоить примерно 0,06 – 0,14 евро, тогда как стоимость электричества ветряных электростанций равна 0,10 – 0,12 евро.

     На  текущий момент построен опытный  образец турбины в масштабе 1:10 от реального размера. В 2011 году компанией планируется построить опытный образец размерами 1:4 от реального, для использования в водах недалеко от побережья Северной Ирландии. А следующим шагом будет установка пяти – десяти полноразмерных демонстрационных подводных змеев для генерации энергии и подключения их в электросеть. Предполагается, что для финансирования этого проекта потребуется около 40 миллионов евро.

Энергия приливов и отливов

     Несоизмеримо  более мощным источником водных потоков  являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в  год. Для сравнения: это примерно столько же энергии, сколько может дать использование в энергетических целях разведанных запасов каменного и бурого угля, вместе взятых; вся экономика США 1977 г. базировалась на производстве 200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года – на 1150 млрд., хрущевский "коммунизм" к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов. Образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч современных "Америк" при максимально эффективном использовании приливов и отливов, но до этого пока далеко. Проекты приливных гидроэлектростанций детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе и на Кольском полуострове. Продумана даже стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС): накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает "пик потребления" в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.

     На  сегодняшний день ПЭС уступает тепловой энергетике: кто будет вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, когда есть нефть, газ и уголь, продаваемые развивающимися странами за бесценок? В тоже время она  обладает всеми необходимыми предпосылками, чтобы в будущем стать важнейшей  составляющей мировой энергетики, такой, какой сегодня, к примеру, является природный газ.

     Для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных  для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия. И все же процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого столетия.

     Первая  приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции  в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8.4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль назвал ее выдающимся сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и в настоящее время эффективно используется.

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

     Энергия волн

     Уже инженерно разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении или вообще при полном штиле. На дно моря или озера устанавливается вертикальная труба, в подводной части которой сделано "окно"; попадая в него, глубинная волна (а это – почти постоянное явление) сжимает воздух в шахте, а тот крутит турбину генератора. При обратном движении воздух в турбине разрежается, приводя в движение вторую турбину. Таким образом, волновая электростанция работает беспрерывно почти при любой погоде, а ток по подводному кабелю передается на берег.

     Некоторые типы ВЭС могут служить отличными  волнорезами, защищая побережье  от волн и экономя, таким образом, миллионы долларов на сооружение бетонных волнорезов.

     Под руководством директора Лаборатории  энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в Бостоне был разработан проект первой в мире океанской электростанции. Она будет сооружена во Флоринском проливе, где берет начало Гольфстрим. На его выходе из Мексиканского залива мощность водяного потока составляет 25 млн. м3 в секунду, что в 20 раз  превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! По подсчетам  специалистов средства, вложенные в  проект, окупятся в течение пяти лет.

     В этой уникальной электростанции для  получения тока мощностью 38 кВт будет  использоваться турбина Горлова. Эта  геликоидная турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее скорости течения. В отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса ее всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин.

     Гольфстрим - не единственное океанское течение, которое может быть использовано для выработки энергии. Японские ученые, например, говорят о большой  эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио. О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие  цифры: у южной оконечности острова  Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения - до 700 м, а объем потока - почти 38 млн. м3 в секунду!

     Геотермальная энергии

     Подземное тепло планеты – довольно хорошо известный и уже применяемый  источник "чистой" энергии. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетки. В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (Калифорния, Долина Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии, Мексики и Японии. Столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников. Но потенциальная мощность геотермальной энергетики намного выше.

     Геологи открыли, что раскаленные до 180-200оС массивы на глубине 4-6 км занимают большую  часть территории нашей страны, а  с температурой до 100-150°С встречаются почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных километров располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3.5 км и с температурой воды до 200°С – естественно, под давлением, – так что, пробурив ствол, можно получить фонтан пара и горячей воды без всякой электротеплоцентрали.

     Гидротермальная энергия.

     Кроме геотермальной энергии активно  используется тепло воды. Вода –  это всегда хотя бы несколько градусов тепла, а летом она нагревается  до 25° С. Почему бы не использовать часть этого тепла? Для этого необходима установка, действующая по принципу "холодильник наоборот". Известно, что холодильник "выкачивает" из своей замкнутой камеры тепло и выбрасывает его в окружающую среду. Если пропускать воду через холодильный аппарат, то у нее тоже можно отбирать тепло. Горячий пар, который образуется в результате теплообмена, конденсируется, его температура поднимается до 110°С, а затем его можно пускать либо на турбины электростанций, либо на нагревание воды в батареях центрального отопления до 60-65° С. На каждый киловатт-час затрачиваемой на это энергии природа дает 3 киловатт-часа! По тому же принципу можно получать энергию для кондиционирования воздуха при жаркой погоде.