Альтернативні джерела енергії

1.1.Альтернативні джерела енергії

ВСТУП

Вчені попереджають про можливе вичерпання відомих і доступних для використання запасів нафти і газу, про виснаження інших найважливіших ресурсів: залізної і мідної руди, нікелю, марганцю, алюмінію, хрому і т.д. За 40 років після другої світової війни було використано стільки мінеральної сировини, скільки за всю попередню історію людства. Звичайно, про повне (або абсолютному) вичерпання ресурсів говорити ще рано (в міру розширення пошукових робіт достовірні запаси окремих ресурсів навіть зросли), але це слабка втіха.

Сьогодні енергетика світу базується на невідновлюваних джерелах енергії. В якості головних енергоносіїв виступають нафту, газ і вугілля. Найближчі перспективи розвитку енергетики пов’язані з пошуками кращого співвідношення енергоносіїв і, перш за все з тим, щоб спробувати зменшити частку рідкого палива. Але можна сказати, що людство вже сьогодні вступило в перехідний період — від енергетики, що базується на органічних природних ресурсах, які обмежені до енергетики на практично невичерпної основі.

Великі надії у світі покладаються на так звані альтернативні джерела енергії, перевага яких полягає в їх відновлюваних і в тому, що це екологічно чисті джерела енергії.

Виснаження ресурсів змушує виробляти ресурсозберігаючу політику, широко використовувати вторинну сировину. У багатьох країнах додаються величезні зусилля для економії енергії та сировини. Сьогодні вже близько 1 / 3 всієї маси використовуваних в світі металів — алюмінію, міді, цинку, свинцю і олова — добувається з відходів та вторинної сировини. У ряді країн прийняті державні програми економії енергії.

Енергетична і сировинна проблеми стають усе більш гострими в Україні, хоча її частка у світовому видобутку нафти, газу, у виробництві металів, мінеральних добрив значна. Це пояснюється, зокрема, тим, що наша країна в розрахунку на одиницю національного доходу витрачає занадто багато палива, електроенергії, металу. Металу, наприклад, витрачається в 2,4 рази більше, ніж у США. На виплавку 1т.

міді витрачається в 3 рази більше енергії, ніж у ФРН. А з вторинних ресурсів виробляється приблизно 1 / 3 чорних і кольорових металів. Тоді як у ФРН відповідна частка дорівнює 60%.

Для вирішення цих проблем потрібні зусилля всіх країн.^¹

Розділ I

Що маємо — не зберігаємо, втратимо — плачемо. Очевидність цієї мудрості завуальована і прихована від адекватного сприйняття бурхливими темпами розвитку сучасних технологій. Наприклад, середня тривалість життя в середньовічній Європі становила 28 років. Сьогодні ж, оточені затишком, продуктами наукових і технічних досягнень, ми отримуємо можливість жити довше, комфортніше, повною мірою насолоджуючись кращими дарами Землі, що надає нам свої безцінні ресурси з материнською безкорисливістю.

Однак існують такі ресурси, які неможливо споживати нескінченно. Наприклад, нафту і газ, що з’явилися як результат тисячолітніх геологічних процесів, можуть бути повністю вичерпані нашої неперевершену цивілізацією протягом яких-небудь десятиліть. Підтримка і розвиток досягнутого рівня промислового виробництва, побуту, сільського господарства неможливо без споживання енергоносіїв. На допомогу приходять останні розробки, які розглядають альтернативні джерела енергії як перспективною бази для майбутнього енергетики (а також, до речі, і сьогодення, про що піде мова нижче). Для нашої країни, особливо актуальним, принаймні — на тлі енергетичної кризи, є альтернативне опалення (опалення з використанням альтернативних джерел енергії).

Альтернативні джерела енергії, в контексті сучасної картини енергоспоживання — це не тільки енергія повітряних потоків, водних течій, геотермальна і т.д., але ще і маловикористовуванні енергоносії, енергозберігаючі технології і все, що дозволяє уникнути нерозумно інтенсивного споживання дорогих копалин енергоносіїв. Приміром, альтернативне опалення може бути забезпечено відключенням від центральної опалювальної системи і установкою теплового насоса, твердопаливного котла або конвектора. І взагалі, альтернативне опалення багато в чому пов’язують з автономним опаленням, як більш економним та екологічно чистим способом отримання тепла, ніж, скажімо, звичні для нас котельні. Таким чином, поняття «альтернативні джерела енергії» втратило свою технологічну сутність і поступово перейшла в чисто економічну сферу. Чим дешевше енергоносій, тим «альтернативніше» опалення. Багато забувають про те, що існує абсолютно безкоштовний джерело енергії, причому такий, що порівняно з ним будь-які запаси нафти можуть здатися краплею в морі. Мається на увазі сонце, живить теплом практично все, здатне це тепло прийняти — повітря, воду, ґрунт, грунтові води. Сучасна наука й ринок опалювальних технологій допомагають споживачам багатьох розвинених країн (а тепер і України) витягувати це тепло в інтересах не тільки окремого користувача, але і всьому людству. Найбільш екологічно чистим і економним опалювальним агрегатом, що використовують низькопотенціальні джерела енергії, є на даний момент тепловий насос. Завдяки своїм унікальним властивостям, теплові насоси використовуються багатьма нашими співвітчизниками не тільки в побуті, але і на виробництві, що вже само по собі є хорошим знаком.

Альтернати́вні джере́ла ене́ргії — це поновлювані джерела, до яких відносять енергію сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі, та вторинні енергетичні ресурси, які існують постійно або виникають періодично у довкіллі.

До таких джерел можна віднести:

енергію сонця;
енергію вітру;
енергію припливів;
глибинне тепло Землі;
паливо з біомаси.

Вже побудовані геліостанції в США (Каліфорнії). Вони мають економічні показники, які не поступаються станціям інших типів. У ряді країн створені геотермальні станції — у США (станція Гейзерс в США має потужність 1 млн. кВт), Росії, на Філіппінах і в Італії; приливні — у Франції, Канаді, Росії і КНР; вітрові — у США та Данії.

Створенням палива з біомас активно займаються практично в усьому світі і навіть є країни, які вже перейшли на цей вид палива в певній мірі (у Фінляндії потреби в пальному вже на 20% задовольняються за рахунок біопалива, а лідирує в ЄС щодо використання біомаси у якості джерела енергії Німеччина). Звичайно, треба розуміти, що на те, щоб повністю замінити ту саму нафту (застосування) біопаливом повинен пройти певний термін. А поки необхідно проводити подальші дослідження в цій області.

Крім того, до альтернативних джерел енергії багато людей також відносять і атомну енергетику. Атомна енергетика (як і біопаливо) є найбільш передовим видом енергії. Наприклад, Західна Європа лідирує за його розвитку.

Відомо, що робота АЕС майже не шкодить природі — їхні викиди нульові (на противагу ТЕС отруюють атмосферу мільйонами тонн отруйних викидів). Але з цим видом енергії ще невідомо поки що.

Справа в тому, що ймовірні можливості аварій і до цих пір не вирішена проблема захоронення відходів атомних електростанцій.

Відтепер наше майбутнє в наших руках і від нас залежить, чи зможемо ми змінити ситуацію, що склалася в кращу сторону.

studfile.net

Альтернативні джерела енергії.

На початок ХХІ століття проблема використання енергетичних ресурсів набула особливо гострого характеру оскільки енергоспоживання у країнах світу зростає надзвичайно високими темпами. Так за останні 10 років використання палива та енергії збільшилось на 11%. Це пов’язано як з темпами економічного розвитку, так і з тенденцією зростанням кількості населення на планеті.

Проблема використання енергоносіїв полягає в тому, що людство переважно використовує невідновні енергоресурси, які з часом можуть вичерпатись, що призведе до різкого загострення енергетичної кризи не тільки в окремих країнах, а й у всьому світі.

Тому в останні роки загострилось питання використання альтернативних джерел енергії, які з часом можуть повністю замінити традиційні види палива і відвести загрозу енергетичного голоду. Крім того, використання альтернативної енергії є цілком безпечним та екологічно чистим, тобто позбавленим викидів продуктів згоряння та твердих відходів. Таким чином відпадає проблема утилізації шкідливих відходів, зокрема відпрацьованого радіоактивного палива АЕС.

В останні роки людство успішно використовує енергію вітру, енергію морів та океанів, сонячну, геотермальну енергію та енергію біомаси.

Енергію вітру здавна використовували для пересування морських вітрильників. Відомо, що цей вид енергії використовували ще 2 тисячі років тому в Китаї та Японії для роботи перших вітряних двигунів, а стародавні єгиптяни покращували умови важкої праці з допомогою вітряних водопідйомників та млинів.

Енергія вітру в останні роки широко використовується на вітрових електростанціях. Найбільші вітрові установки зосередженні в західноєвропейських країнах, Австралії, Новій Зеландії, США та в країнах Латинської Америки. Проблема використання вітрової енергії полягає насамперед в тому, що вітер, як і будь-яке атмосферне явище, носить мінливий характер, а вартість вітрових установок для перетворення вітрової енергії в електричну досить висока. Тому і собівартість електроенергії, отриманої в результаті також вища, ніж собівартість електроенергії, отриманої в результаті спалювання традиційних енергоносіїв.

Енергія морів та океанів містить в собі значний потенціал. Це насамперед енергія хвиль, океанічних течій та морських припливів та відпливів. Людство дуже мало використовує цей вид екологічно чистої енергії, зосереджуючись на використанні енергії припливних хвиль. Так найбільші припливні електростанції працюють у Франції, Росії, Канаді, Китаї та в Південній Кореї.

Виключно на сонячній енергії працюють сонячні електростанції в Криму, Канаді, сонячна ЕС Монтальто-ди-Кастро в Італії та німецька Финстервальде. Звісно перетворення сонячної енергії в електричну досить дороге задоволення, але в умовах забруднення навколишнього середовища та наростаючої енергетичної кризи використання сонячної енергії дає надію на покращення енергетичної та екологічної ситуації в світі.

Геотермальну енергію в багатьох країнах успішно використовують не лише для отримання електроенергії, але і для опалювання приміщень та вирощування сільськогосподарської продукції в теплицях. Найбільше геотермальну енергію використовують США та Ісландія.

Використанням біомаси для отримання електроенергії займаються майже в усьому світі. Серед країн які лідирують в цьому плані варто назвати Німеччину та Фінляндію, в яких потреби в пальному майже на 20% задовольняються за рахунок біопалива.

Ivanpah Solar Electric Generating System

Цікавий спосіб використання сонячної енергії придумали в Каліфорнії. Замість сонячних батарей, електростанція Ivanpah використовує звичайні дзеркала. Вони фокусують сонячне світло на високу башту, отримане тепло використовується паровою турбіною для виробництва електроенергії.

Див відео: Google and Ivanpah Solar: Building the largest solar thermal project to date

І продовження: A Look at the World’s Largest Solar Plant

webmandry.com.ua

Альтернативні джерела енергії для приватного будинку

Кладові Природи не бездонні. В останній третині двадцятого століття людство вперше усвідомило, що традиційні енергетичні запаси Землі виснажені. Зведення лісів і спалювання органічних видів палива призвело до глобальних екологічних проблем, в тому числі до зміни клімату та парникового ефекту. Тому перехід до поновлюваних джерел енергії став однією з найбільш нагальних проблем двадцять першого століття. Від її рішення залежить не тільки добробут окремих країн, а й в перспективі виживання людства.

Види альтернативних джерел енергії.

Енергія вітру, сонця, води, біопаливо, тепло Землі відносно невичерпні і відновлювані. Переваги альтернативних джерел енергії незаперечні, оскільки вони зберігають природні ресурси. Крім того, вони в набагато більшій мірі відповідають вимогам екологічної безпеки.

Вітрова енергетика.

Принцип використання сили вітру полягає в перетворенні кінетичної енергії в електричну, теплову, механічну. Для отримання електричної енергії використовують вітрові генератори. Вони можуть мати різні технічні параметри, розміри, конструкції, горизонтальну або вертикальну вісь обертання. Вітрила – класичний приклад використання сили вітру в морському транспорті, а вітряний млин – перетворення в механічну енергію.

Діаметр лопатей і висота їх розташування визначають потужність вітрогенератора. При силі вітру від 3 м / с генератор починає виробляти струм і досягає максимальної величини при 15 м / с. Сила вітру понад 25 м / с є критичною – генератор відключається.

Геліоенергетика – дар Сонця.

Сонячна енергія як альтернативне джерело енергії – природне продовження життєтворчій місії Сонця на нашій планеті. Але поки людство не навчилося використовувати її безпосередньо. В даний час в якості перетворювачів сонячної енергії в електричну застосовують сонячні батареї, а для теплової – сонячні колектори. Крім того, в деяких випадках використовують поєднання двох видів.

Геліотехнологія полягає в нагріванні поверхні сонячними променями і в використанні нагрітої води для гарячого водопостачання, опалення або використання в парових електрогенераторах. Для перетворення енергії сонця в теплову використовують сонячні колектори. Їх загальна потужність залежить від кількості і потужності окремих пристроїв, які включені в систему сонячної або теплової станції.

Сонячні батареї поділяють на:

кремнієві
плівкові

Найбільшим попитом в даний час користуються батареї з використанням кристалів кремнію, а найбільш зручні – плівкові. Кремнієві панелі є одним з найкращих варіантів для приватного будинку.

ГЕС – використання сили води.

Принцип дії турбін на гідроелектростанціях полягає у впливі сили води на лопаті гідротурбіни, яка виробляє електрику. Іноді до альтернативних видів енергії відносять лише ті ГЕС, де не використані потужні греблі, а вироблення струму відбувається під впливом природного перебігу води. Це пов’язано зі значним негативним впливом потужних ГЕС на природні річкові ландшафти, їх обмілінням і катастрофічними повенями.

Не викликає заперечень екологів використання природної енергії морських і океанічних припливів. Перетворення кінетичної енергії в електричну в цьому випадку відбувається на спеціальних припливних станціях.

Геотермальна енергетика – тепло Землі.

Поверхня Землі випромінює тепло не тільки в місцях викиду гарячих сейсмічних джерел, як, наприклад, на Камчатці, а й практично у всіх регіонах планети. Для отримання тепла землі використовують спеціальні теплові насоси, а потім його перетворять в електричну енергію або використовують як теплову. Принцип дії установок базується на законах термодинаміки і фізичних законах поведінки рідин і газу, зокрема, фреону.

Тип конструкції насоса визначає первинне джерело енергії, наприклад, «грунт- повітря» або «грунт – вода».

Біопаливо.

Принцип отримання біопалива заснований на переробці органічних продуктів за допомогою спеціальних установок. В ході переробки виробляється теплова або електрична енергія. Види біопалива можуть мати рідкий, твердий або газоподібний стан. До твердих, наприклад, відносяться паливні брикети, рідких – біоетанол, до газоподібних – біогаз. До його різновидам відноситься звалищний газ, який утворюється на звалищах. Використання біогазу старих звалищ допомагає вирішити проблеми переробки відходів.

Переваги і недоліки альтернативних джерел енергії.

Альтернативні джерела отримання енергії об’єднують спільні гідності:

вони є поновлюваними природними ресурсами;
доступні і можуть бути широко використані;
відповідають вимогам екологічної безпеки;
володіють нульовою вартістю і низькою собівартістю отримання енергії.

Загальні мінуси:

низький ККД;
дороге обладнання і все ще великі витрати на будівництво і монтаж;
залежність роботи обладнання від погоди та інших природних факторів.

Перспективи використання альтернативних джерел енергії.

Екологічна чистота і безпека альтернативних джерел електроенергії є головним, але далеко не єдиним аргументом на користь альтернативних джерел енергії. У багатьох країнах розроблені програми по переходу до відновлюваної енергетики. Альтернативна енергія продовжує зміцнювати свої позиції. У деяких країнах розроблені державні програми зі значними грошовими вкладеннями в поновлювані джерела енергії. У порівнянні з 2009 роком вартість сонячної енергії вже знизилася на 60%, а на енергію вітру – в два рази і стала більш доступною.

Альтернативна енергія для приватного будинку. Відео огляд.

o-remonte.com

Джерела енергії альтернативної енергетики – це види точок доступу і методик переробки вихідного матеріалу, який можна перетворити в енергію для подальшого використання.

Альтернативні джерела відрізняються від стандартних тим, що для їх опрацювання, трансформації, створення і поставки не потрібно витрачати багато ресурсів, не наноситься шкоди екології.

По суті, альтернативні джерела енергії замінюють ті, які засновані на застосуванні нафти, вугілля, газу.

Вони можуть виробляти різну енергію, причому як електричну енергію, так і іншу, яка представляє інтерес для людини і суспільства.

Сонячна енергія

Переваги використання цього альтернативного джерела енергії можна назвати його ж недоліками. Відзначимо ряд факторів, які сприяють такого парадоксу:

при використанні сонця як джерела отримання ресурсів вдається витягти буквально без витрат інших ресурсів енергію. При цьому її обсяг дещо обмежений;
сонце – джерело сил. Проте погода може обмежувати обсяг одержуваної енергії. Тим більше, в зимовий період, коли відповідна частина планети звернена до Сонця іншою стороною, віддаленій від зірки, вона отримує менше потоку енергії, а значить, сезонність теж обмежує можливості;
є багато факторів, які потрібно враховувати при монтажі обладнання для споживання і генерації сонячної альтернативної енергії. Будь-яка помилка або помилка може значно вплинути на функціонування системи.

Геотермальна енергія

Багато альтернативні джерела енергії поступаються геотермальному опалення по стабільності і обсягом одержуваних ресурсів. По суті, тут навіть обробляти нічого не потрібно.

Обладнання використовується порівняно просте, а енергія, що надходить через землю з термальних водних джерел, дозволяє задовольнити ряд потреб в енергетичних ресурсах людей.

Як вдається витягувати геотермальну енергію?

Завдяки дуже високій температурі в надрах землі.

На глибині близько 3 кілометрів температура перевищує 100 градусів. На поверхні встановлюється спеціальне обладнання, що складається з труб, які проводять пар до турбін.

Далі відбувається генерація тепла в енергію. Конструкція установки може бути прямого і перехідного типу.

Прямий тип передбачає попередню очистку пара від домішок, що дозволяє н порушувати структуру деталей, з якими взаємодіє пар. Це робить термін служби станції багаторічним.

Що стосується переходить конструкції, вона теж досить зручна. Правда, пар очищається на другій стадії, коли він перетворюється у воду, конденсуючись. Воду вже й очищають від шкідливих для техніки компонентів.

Якщо в будинку проводиться електрика своїми руками, генерація пари, одержуваного з ресурсів землі, можлива. Головне – пробурити свердловину, яка поставить енергоресурс наверх.

На обладнанні вдасться заощадити, а в процесі експлуатації така установка альтернативного джерела енергії виявиться дуже економною. Так, димар, топка, котельня тут просто не потрібні.

Якщо говорити про недоліки геотермальної енергетики, тут є неоднозначні думки на цей рахунок.

Наприклад, сейсмологи вважають, що масове створення свердловин великої глибини активує сейсмоактивність. Як результат, почнуться землетруси, прокинуться вулкани.

Крім того, буріння може викликати локальне осідання верхніх шарів ґрунту, що безпосередньо негативно позначиться на стані будівель на поверхні.

Вітряна енергія

Тут основним природним матеріалом для переробки в енергію є кінетична функція повітряних мас.

По продуктивності установка, яка вітер для генерації енергії, нагадує сонячні батареї, оскільки вітер теж нестабільний. Іноді він сильний, іноді його майже немає.

Що потрібно для створення станції:

спеціальний двигун;
генератор електроструму;
автоматична система управління двигуном;
будівля для облаштування техніки в закритому приміщенні.

Хвильова енергія

Тут потенційна альтернативна енергія хвиль трансформується в кінетичну. Поетапно це джерело енергії перетворюється на зусилля, за рахунок якого працює генератор.

Якщо порівнювати хвильову енергію та інші джерела альтернативних ресурсів, то тут потужність буде куди більш високою.

До того ж, говорячи про стабільність, важливо відзначити стабільне отримання ресурсів за рахунок постійного руху водних мас океанів.

На відміну від вітру і сонячних променів, океан практично ніколи не зупиняється у хвильової активності.

Правда, при облаштуванні будинку і проведення електрики таке джерело енергії не годиться, оскільки для його створення потрібно потужне і ємнісне обладнання, так і доступ до берегової лінії.

Втім, альтернативні джерела енергії дозволяють повною мірою забезпечити будинок світлом, а також забезпечити опалення своїми руками.

poradumo.com.ua

5.5. Можливості використання альтернативних джерел енергії

До альтернативних джерел енергії належать – вітер, біомаса, вода, сонячне випромінювання, тощо (рис. 5.1).

Енергія вітру. За підрахунками вчених, загальний вітроенеретичний потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі. Однак використовується лише мізерна частка цієї енергії. Але так було не завжди. За даними статистики в дореволюційній Росії налічувалось близько 30 тис. вітряків. Ця нехитра установка була також атрибутом майже кожного другого села в Україні. Проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згорання витіснили цих скромних трудівників. Можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не повинна в середньому за рік падати нижче 4…5 м/с, а краще, коли вона становить 6…8 м/с. Для цих установок шкідливі і надто великі швидкості вітру (урагани), які можуть їх поламати. Найбільш сприятливі зони для використання вітрової енергії – узбережжя морів і океанів, степи, тундри, гори. В межах України такими ділянками є узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати, південні степові райони.

Рис. 5.1. Альтернативні джерела енергії

Піонером будівництва вітрових електростанцій (ВЕС) у нашій країні до війни був видатний український вчений та інженер, один з основоположників космонавтики, Ю.Кондратюк. Побудована ним 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС, потужністю 100 кВт, забезпечувала струмом міську мережу понад десять років. Ю.Кондратюк проектував більш потужні ВЕС на 5 і 10 тис. кВт та розпочалася війна. Він пішов добровольцем на фронт і загинув у 1941 р., а проекти його ВЕС були покладені “під сукно”.

Нині на Заході, особливо в Данії та США, серійно випускаються невеликі ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт. Побудовано кілька експериментальних ВЕС потужністю до 30 тис. кВт. Втілюється інша технічна ідея Ю.Кондратюка, який запропонував свого часу будувати ВЕС разом з установками із виробництва водню шляхом електролізу води. Тоді, коли потреба електроенергії нижча, “зайва” потужність ВЕС спрямовується на виробництво надзвичайно цінного енергетичного продукту – водню.

Водень може використовуватись як пальне для автомобілів, а також замість природного газу в багатьох інших установках, причому внаслідок його згорання не утворюються шкідливі речовини, а лише водяна пара.

Особливо актуальним використання енергії вітру є для Криму. Нині, за даними Крименерго, півострів споживає 1 млн. 340 тис. кВт енергії, причому майже вся ця енергія надходить із-за меж Криму. Деяку частину її дають дизельні станції, що забруднюють повітря курортної зони. А тим часом на одній Арабатській стрілці, що на Сиваші, можна встановити 30 тис. ВЕС і одержати 3 млн. кВт екологічно чистої енергії. А якщо побудувати ВЕС на кримських яйлах від Керчі до Севастополя, то Крим може стати навіть експортером електроенергії. Ці ділянки – зони сталих і досить сильних вітрів. Під час роботи ВЕС навколишнє середовище не зазнає жодних забруднень. Єдині негативні впливи – це низькочастотний шум (гудіння) працюючих вітряків та ще спорадична загибель птахів, що потрапляють у лопаті вітродвигунів.

Енергія морів і океанів. Світовий океан – велетенський енергетичний потенціал. Це, по-перше, енергія Сонця, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибої, різниці температур різних шарів морської води і, по-друге, енергія притягання Місяця й Сонця, яка спричиняє морські припливи й відпливи. Використовується цей великий і екологічно чистий потенціал ще вкрай мало.

Одну з перших електростанцій, що використовує енергію морських хвиль, було побудовано ще в 1970 р. біля норвезького міста Бергена. Вона має потужність 350 кВт і забезпечує енергією селище зі 100 будинків. Можливості створення більш потужних хвильових станцій досліджуються вченими Великобританії, США та Японії. А румунські вчені провели вдалі досліди з установками для перетворення енергії морських хвиль на електроенергію на Чорному морі, яке поблизу узбережжя Румунії нічим не відрізняється (з енергетичної точки зору) від того, що омиває береги України.

Усі типи морських хвильових електростанцій, що будуються і діють сьогодні, побудовані за єдиним принципом: у спеціальному буї-поплавку під дією хвилі коливається рівень води. Це призводить до стискання в ньому повітря, яке рухає турбіну. В експериментальних електростанціях навіть невеликі хвилі висотою 35 см примушують турбіну розвивати швидкість понад 2 тис. обертів за хвилину. Метрової висоти хвилі забезпечують від 25 до 30 кВт енергії, а в деяких частинах Світового океану, наприклад у Тихому океані, можна одержати до 90 кВт.

Іншим різновидом морських електростанцій є установки, що перетворюють енергію морського прибою. Крім згаданого поплавкового принципу, такі станції використовують також принцип закачування сильним прибоєм морської води в резервуар, розташований вище рівня моря. Звідти вода спускається вниз, обертаючи турбіни енергоустановок.

У океані подекуди досить близько розташовані шари води з різною температурою. Найбільш значною (до 22ºС) різниця температури є в тропічній зоні Світового океану. На цьому явищі базується принцип одержання електроенергії. В спеціальний теплообмінник закачується насосами холодна глибинна вода й нагріта Сонцем – поверхнева. Робочий агент (фреон), як у домашньому холодильнику, почергово випаровується та переходить у рідкий стан у різних частинах теплообмінника. Пара фреону рухає турбіну генератора. Нині така установка потужністю 100 кВт працює на тихоокеанському острові Науру, забезпечуючи енергопотреби населення цього острова.

Нарешті розроблені й уже діють електростанції, що використовують енергію морських припливів. Вигідним вони є в тих ділянках узбережжя Світового океану, де припливи бувають найвищими. До таких ділянок належить канадська затока Фанді (висота припливу становить 17 м), протока Ла-Манш (15 м), Пенжинська затока Охотського моря (13 м) тощо. На узбережжі Чорного моря висота припливу дуже незначна. Нині споруджено і працює кілька припливних станцій: у гирлі р.Ранс на узбережжі Ла-Маншу (Франція) потужністю 240 тис. кВт і Кислогубська в Кольській затоці (Росія) потужністю 400 кВт.

Широке впровадження морських електростанцій різних типів стримується відносно високою їх вартістю. Проте вчені дійшли висновку, що їх енергетичний баланс може бути більш високим, ніж у де яких АЕС і ТЕС, що працюють на вугіллі та нафті. Розрахунки та проекти інженерів свідчать, що в найближчому майбутньому можливе спорудження великих електростанцій такого типу. Привертають увагу проекти електростанцій, розташованих на плавучих установках подалі від берега. В деяких проектах пропонується одержувати енергію на таких станціях комплексним способом (наприклад, за рахунок хвиль, різниці температур, а також вітру та Сонця). Ця енергія може використовуватися для виробництва водню або передаватися на берег по підводному кабелю.

Робота згаданих електростанцій не спричиняє забруднення навколишнього середовища, зокрема й теплового, бо вони лише перетворюють акумульовану в хвилях, припливах тощо енергію Сонця й Місяця на інші види енергії, зокрема електричну.

Енергія підземного тепла. Як відомо, з заглибленням під Землю зростає температура (в середньому на 30ºС на 1 км, а в вулканічних районах значно більше). За оцінками фахівців, у земній корі до глибини 7…10 км акумульоване тепло, загальна кількість якого в 5 тис. разів перевищує теплоємність усіх видів викопного палива, що є на Землі. Теоретично всього лише 1% тепла, що міститься в земній корі до глибини 5 км, вистачило б для того, щоб вирішити енергетичні проблеми людства на найближчі 4 тис. років. Та на практиці це джерело енергії використовується ще дуже мало. Найкращі результати досягнутого в районах активної вулканічної діяльності, таких як Ісландія, Камчатка тощо, де близько до поверхні залягають термальні води. Через свердловини гаряча водяна пара надходить у турбіни й виробляє електроенергію. Відпрацьована гаряча (75…80ºС) вода використовується для опалення будинків, теплиць, тваринницьких ферм тощо. В холодній Ісландії в оранжереях, які обігріваються термальними водами, навіть вирощують банани, а столиця країни Рейк’явік протягом останніх 40 років повністю опалюється підземним теплом. Особливо ефективними термальні води є в сільському господарстві. Так, на Північному Кавказі собівартість тепличних овочів, вирощених на геотермальних водах, у 1,5 раза нижча, ніж там, де парники обігріваються за рахунок котелень, що працюють на мазуті. Нафтовики часто знаходять тут термальні води, які надходять із свердловини замість нафти. В Україні немає жодної установки такого типу, проте перспективними зонами для використання геотермальної енергії є Карпати, Закарпаття та Крим. Під час перетворення геотермальної енергії виникає проблема відпрацьованих підземних вод. Як правило, вони дуже мінералізовані і їх не можна спускати в ріки. З деяких таких розсолів добувають йод, бром, літій, цезій, стронцій, рубідій і ще деякі елементи. Відпрацьовані води знову закачують у підземні горизонти для повторного використання тепла Землі.

Енергія Сонця. Сонце є найпотужнішим джерелом екологічно чистої енергії. На кожний квадратний метр поверхні земної атмосфери падає 1300 Вт сонячної енергії. Проте до земної поверхні вона доходить не вся – частина відбивається в Космос, частина розсіюється атмосферою, витрачається на утворення озонового шару тощо. Інтенсивність сонячного випромінювання, що досягає Землі, залежить від кількох факторів, передусім від географічної широти місцевості, а отже, кута нахилу променів до площини поверхні. Найбільша вона на екваторі (до 2300 кВт/м² на рік), а на широті України становить близько 1900 кВт/м² на рік. Така розсіяність сонячної енергії є головною перешкодою для її використання. Проте це не зупиняє вчених й інженерів, які працюють над проблемою перетворення сонячної енергії. Адже лише 3,5% сонячної енергії, що падає на Землю, може забезпечити всі енергетичні потреби людства на необмежений час.

Нині існують такі напрями використання сонячної енергії: одержання електроенергії; побутового тепла; високотемпературного тепла в промисловості; на транспорті. Найбільших успіхів досягнуто в установках так званої “малої енергетики”.

Для одержання електроенергії використовується кілька методів. З них найперспективнішим вважається метод безпосереднього перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектричних генераторів (сонячні батареї). Найбільш поширені кремнієві батареї мають ККД 18…20%, більший ККД (до 23%) у генераторів з арсеніду галію. Американські вчені розробляють двокаскадні фотоелектричні генератори, ККД яких становитиме 40%, а може й 50%. На сьогодні такі батареї застосовуються ще обмежено: на космічних станціях (де їх сумарна потужність перевищує 10 кВт, а площа 100 м), ретрансляторах, навігаційних маяках, телефонних станціях у пустельних місцевостях, для живлення невеликих радіостанцій геологів, чабанів тощо. Широко використовуються сонячні батарейки, вмонтовані в мікрокалькулятори, електронні іграшки тощо.

Електроенергію можна одержувати також за допомогою генераторів, що використовують теплову дію сонячних променів (паротурбінні й термоелектричні генератори). Однією з таких станцій є сонячна електростанція (СЕС), споруджена в Криму поблизу Керчі. Це станція баштового типу. В центрі кола діаметром 500 м встановлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці. Башту оточують 1600 геліостатів – рухомих дзеркал площею 25 м. Стежачи за рухом Сонця (за допомогою ЕОМ), вони спрямовують його промені на парогенератор, нагріваючи в ньому воду й перетворюючи її на пару з температурою 300ºС. Пара рухає турбіну з генератором. Потужність станції становить 1200 кВт. Ця станція є експериментальною. Розрахунки свідчать, що СЕС, побудовані за таким принципом, можуть мати потужність до 100 тис. кВт. Висота башти такої станції повинна сягати 200…300 м.

Сонячні електростанції не забруднюють навколишнього середовища. Щоправда вони займають великі площі земель. Проте на Землі є близько 20 млн. км пустель. У цих зонах землі не придатні для сільського господарства, потік сонячної енергії найвищий і кількість хмарних днів протягом року мінімальна. На думку вчених, для задоволення енергетичних потреб цивілізації достатньо зайняти батареями від 1 до 3 млн. км площі пустель, тобто всього 5…15% цих земель, що не так уже й багато, враховуючи можливості людства в майбутньому.

Сонячна енергія може використовуватися для одержання побутового тепла – опалювання будинків, що вже реалізовано в різних країнах (США, Туркменістан, Узбекистан). Використовується сонячне проміння, що падає на дах і стіни будинку вкриті спеціальними колекторами тепла. В них нагрівається вода (до 95ºС). Для зберігання тепла, зокрема на зимовий період, ніч і хмарні дні, частина тепла відводиться в спеціальні резервуари, розміщені в підвальному приміщені й заповнені щебенем. Тепло, акумульоване щебенем, використовується тоді, коли виникне потреба. Влітку сонячна система такого будинку може застосовуватися й для охолодження приміщень (кондиціювання повітря). З цією метою колектори вдень відключаються, а вночі працюють, охолоджуючи щебінь у резервуарах нічним прохолодним повітрям. Потім, протягом жаркого дня, охолоджений щебінь забирає тепло з приміщень.

На думку американських учених, в подальшому опалення й кондиціювання за рахунок Сонця в цій країні буде впроваджено в 10% будинків, а до 2020 року їх кількість становитиме щонайменше 35%. Для України ця проблема також дуже актуальна, особливо для південних областей, де влітку жарко, а взимку не вистачає палива.

Слід додати, що в експериментальних сонячних будинках, споруджених у США, крім колекторів-збирачів тепла, дахи вкриваються ще й сонячними батареями, що забезпечують будинки електроенергією протягом дня. Це дає велику економію електроенергії, що споживається таким будинком з мережі. Сонячна енергія в південних районах може бути використана також для готування їжі, сушіння зерна та фруктів, опріснення води, підйому води з глибоких колодязів тощо. Розроблені досить зручні пристрої для таких потреб, наприклад параболічні дзеркала діаметром близько 1441,5 м. У фокусі такого дзеркала трилітровий чайник з водою закипає за 10 хв.

Для промислових цілей з сонячної енергії можна одержати високотемпературне тепло (до 3800ºС) у печах. Такі печі працюють у Франції та Узбекистані. Діють вони за тим же принципом, що й СЕС з парогенераторами: система геліостатів спрямовує сонячні промені на велике параболічне дзеркало, в фокусі якого розміщують проби металів, сплавів чи мінералів для плавки. Порівняно зі звичайними печами сонячні мають ряд переваг: розплавлена речовина не стикається з паливом чи плавильним тиглем, плавку можна здійснювати в будь-якій атмосфері, така піч не забруднює навколишнє середовище.

Сонячна енергія може використовуватися й на транспорті – для енергоживлення автомобілів, невеликих суден і навіть літаків. З площі кілька квадратних метрів (дах мікроавтобуса) можна зібрати енергію для живлення акумуляторів, які рухають автомобіль.

У 1982 р. автомобіль з сонячними батареями на даху без жодної краплі бензину перетнув Австралію із заходу на схід, подолавши за два місяці відстань близько 4 тис. км із середньою швидкістю близько 30 км/год. На сонячному літаку (верхня поверхня його крил вкрита сонячними батареями, що рухають електромотор гвинта) було здійснено переліт через Ла-Манш.

Таким чином сонячна енергетика має велике майбутнє. Її розвиток сьогодні, особливо в Україні, стримується недостатнім фінансуванням.

Біоенергетичні технології. Життя та діяльність людей супроводжується утворенням великої кількості різноманітних твердих і рідких відходів. Це побутові відходи, каналізаційні стоки міст, стоки та відходи виробництва та переробки сільськогосподарської продукції, величезна кількість органічних залишків після лісозаготівельних робіт і переробки деревини тощо.

Навколо великих і малих міст вже ніде розташовувати звалища, які займають тисячі гектарів земель і отруюють воду і повітря. А разом з тим існують технології, що дозволяють одержувати з усієї цієї колосальної маси органічних решток енергію.

Найпростіше рішення – це спалювання органічних відходів на спеціальних заводах, що забезпечує одержання побутового тепла. Щоправда, воно обходиться в десять разів дорожче, ніж ТЕЦ, проте головне тут – не одержання тепла, а охорона навколишнього середовища. Існують шляхи здешевлення цього процесу: виробництво на таких заводах не лише тепла, а й електроенергії. Такий досвід є, наприклад, в Японії. Недоліком таких технологій є те, що спалювання сміття супроводжується новими відходами – твердими й газоподібними. Потрібні спеціальні фільтри, а це ще більше здорожчує процес.

Але існує зовсім інша можливість переробки органічних відходів, що має багато переваг перед згаданим способом – біотехнологічний метод з використанням метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розвиваються в будь-яких органічних рештках, а в результаті процесу їх життєдіяльності утворюється біогаз – суміш метану (70%) і чадного газу (30%). Теплоємність біогазу досить велика: 1 м утворює стільки ж тепла, як 600…800 г антрациту. Тонна органічних решток (гній, сміття тощо) дає до 500 м біогазу. Щоправда цей процес відбувається досить повільно, але без сумнівною його перевагою є те, що понад 80% енергії, яка міститься в стічних водах або відходах, вилучається при виходах гарячого газу.

Технологія одержання біогазу дуже проста. Гноєм, сміттям, соломою, листям заповнюють бетонні ємності або колодязі будь-якого об’єму. Ємність має бути щільно закрита, щоб не було доступу кисню, газ, що утворюється в процесі бродіння, відводять у приймальні пристрої або безпосередньо в газову плиту. В Китаї нині діє понад 8 млн. таких установок, головним чином у сільській місцевості, багато їх також є в Індії. Тут колодязі заповнюють гноєм, щільно закривають, а газ, що утворюється, надходить у газові плити господарства. Після процесу бродіння залишається добриво – знезаражене, без запаху, більш цінне, ніж звичайний гній.

Найширшого визнання така технологія набула в Китаї, де вже функціонує близько 8 млн. біогазових установок, якими користується 4% населення країни і які виробляють 720 млн. м газу на рік, що еквівалентно 3 млн. т кам’яного вугілля. Досвід свідчить, що 1 м біогазу вистачає, щоб освітлювати невелике приміщення протягом 6…8 год. Китайські біогазові установки дуже дешеві.

Найперші біогазові установки створили в Індії, в 1990 р., пізніше в Німеччині, Англії, США. В Індії планується збудувати 18 млн. сімейних біореакторів і 6 млн. – великих.

У колишньому СРСР перші біореактори розробили в Латвії в 1949 р., а потім – у Грузії. В 1959 р. в Україні (в Запоріжжі) був створений біореактор, розрахований на 150 корів і 20 свиноматок з поросятами.

У Латвії та Естонії нині планується збудувати по кілька сотень біогазових установок середньої та підвищеної потужності.

Створено й промислові установки для переробки відходів і одержання з них горючого газу. В Румунії навіть проведено успішні досліди з використання біогазу як палива для тракторів. Для України, яка забезпечена власними запасами природного газу лише на 30%, така технологія є дуже перспективною, особливо для сільської місцевості.

Іншим прикладом застосування біоенергетичних технологій є досліди з використанням як енергосировини ріпакової олії. Ріпак, ця досить невибаглива рослина, давно вирощується, зокрема й в Україні, заради олії, що добувається з її насіння та є сировиною для виготовлення маргарину, лаків і фарб. Крім того, зелена маса ріпака – цінний корм для худоби.

Останнім часом ріпак зацікавив спеціалістів різних країн, особливо тих, що змушували купувати нафту, не маючи власних родовищ. Ріпакова олія може успішно замінювати дизельне пальне для тракторів, автомобілів, морських суден тощо. Щоправда, для цього потрібно досить ґрунтовно переобладнати двигуни.

Інший шлях використання ріпакової олії – одержання з неї шляхом спеціальної обробки пального, що повністю заміняє солярку в звичайних дизельних двигунах. Енергетичні фірми Заходу останнім часом постачають на ринок пальне для дизельних двигунів під назвою “Блакитний ангел”. Цінність такого пального безсумнівна: по-перше, воно належить до відновлювальних енергоресурсів; по-друге, за енергетичними показниками є аналогом солярки, але має вдвічі меншу собівартість; по-третє, це пальне має велику перевагу перед нафтовим пальним тому, що не містить такого забруднювача повітря, як сполуки сірки, концентрація яких у нафтовому пальному становить не менше 0,4%.

Крім того, ріпакову олію можна використати як домішку до нафтової солярки. Результати досліджень українських вчених свідчать, що додавання до солярки 20% ріпакової олії не змінює силові та екологічні показники двигунів. Таким чином, Україна могла б зекономити близько 20% дизельного пального, причому це не вимагає великих фінансових затрат і технологічних зусиль.

З ріпака, зібраного з 1 га, одержують 1…2 т олії. Отже, для задоволення енергетичних потреб у ріпаковій олії (у разі використання дизельних сумішей з 20%-ю домішкою олії) Україна мала б засівати ріпаком 2…3 млн. га.

Ймовірно, що внаслідок селекційної роботи врожайність ріпака можна підвищити, а відповідно зменшити площі його посіву. Ріпак можна з успіхом вирощувати на полях зрошення, які займають тисячі гектарів навколо великих міст і є складовою систем каналізації та переробки побутових стоків. За санітарно-гігієнічними правилами їх не можна використовувати для вирощування овочів, зерна чи фуражу для худоби. Проте це не стосується ріпака, який вирощується для одержання енергетичної сировини. Ріпак на полях зрошення росте добре, бо тут досить вологи та добрив, особливо фосфатних.

Крім того, для задоволення енергетичних потреб цю культуру можна вирощувати на землях, заражених радіонуклідами, зокрема в 30-кілометровій зоні. Результати досліджень українських біологів свідчать, що радіонукліди, які засвоюються стеблом, листям і корінням ріпака, до складу олії практично не потрапляють. Таким чином, ріпак можна використовувати з подвійною метою – для дезактивації заражених радіонуклідами земель, і одержання енергетичної сировини з олії. Звичайно, для вирішення цієї проблеми необхідно створити умови для роботи людей, які мають працювати в зоні підвищеної радіоактивності. Слід згадати напрям розвитку біоенергетичних технологій – використання мікроскопічних одноклітинних водоростей. Деякі країни, наприклад Австралія, вже розробили промислові методи одержання з водоростей пального для двигунів внутрішнього згорання та дизелів – “зеленої нафти”. Водорості вирощуються в спеціальних штучних лагунах, заповнених морською водою. Пальне, добуте з “зеленої нафти”, дешевше, ніж аналогічні продукти перегонки природної нафти. Нині тривають досліди, спрямовані на одержання продуктивніших штамів водоростей та пошук їхніх прісноводних видів, які можна було б вирощувати для задоволення енергетичних потреб. “Зелена нафта” має таку ж перевагу над природною, як і ріпакова олія – вона не містить шкідливих домішок сірки, тому є екологічно більш чистою.

Питання для самоконтролю

Що називають ґрунтом? Хто є автором вчення про ґрунт як біокосне тіло?
Назвіть фактори утворення ґрунту. Який фактор є визначальним?
Які екосистемні функції виконує ґрунт? Охарактеризуйте їх.
Перерахуйте фактори деградації ґрунтів. Які наслідки це викликало?
На які групи за своїм походженням підрозділяються важкі метали в ґрунті?
Чим обумовлений розвиток ерозійних процесів в ґрунтах та їх засолення?
Які заходи необхідно проводити для збереження ґрунтів від подальшого забруднення і деградації? В чому вони полягають?
В чому проявляється ефективність ведення органічного (біологічного) землеробства?
Які заходи лежать в основі раціонального землекористування? Перспективи їх впровадження в Україні.
Дайте визначення поняття “надра”. Яким чином вони використовуються людиною?
Як класифікуються корисні копалини залежно від області господарського застосування?
Назвіть заходи раціонального використання та охорони надр.
Які альтернативні джерела енергії є можливими для використання?
Розкажіть про геотермальну енергію і перспективи, які має щодо її використання Україна.
Які ще методи використання гідроенергії, крім ГЕС, ви знаєте? Чому вони не набули широкого впровадження?
Які перспективи має розвиток в Україні геліо- і вітроенергетики?
Що таке біоенергетика? Наведіть приклади застосування біоенергетичних технологій.

studfile.net

Альтернативні джерела енергії в Україні та можливості їх використання в Україні (стр. 1 из 3)

РЕФЕРАТ

З теми: Альтернативні джерела енергії в Україні та можливості їх використання в Україні

Вступ

Альтернативні джерела енергії — відновлювані джерела енергії, до яких належать енергія сонячна, вітрова, геотермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів, та вторинні енергетичні ресурси, до яких належать доменний та коксівний гази, газ метан дегазації вугільних родовищ, перетворення скидного енергопотенціалу технологічних процесів

Світова тенденція зміщення акцентів у сторону альтернативної енергетики підтверджується, зокрема, такими статистичними даними. В 2007 році інвестиції в таку енергетику склали по всьому світу більше 100 мільярдів доларів США, а загальносвітовий обсяг електроенергії, що генерується за допомогою відновлюваних джерел, за оцінками експертів досяг рівня 240 ГВт. Ці цифри відповідають 50 відсотковому зростанню альтернативної енергетики в порівнянні з даними 2004 року. На сьогоднішній день альтернативні джерела енергії складають за різними оцінками від 4 до 8 відсотків загального обсягу світової енергетики.

Міжнародне енергетичне агентство вважає, що в 2030 році в усьому світі енергія, одержана від сонця, вітру, води, тепла землі, а також з біомаси, збільшиться в два рази порівняно із сьогоднішнім днем і складе 16 відсотків від всього виробництва. Ще оптимістичніше оцінює ситуацію Європейський галузевий союз поновлюваних джерел енергії. На його думку, до 2030 року частка альтернативної енергії виросте до 35 відсотків. Європейська комісія вважає, що в 2020 році в Європі п’ята частина енергії вироблятиметься з екологічно безпечних джерел. У Німеччині, як в одній з найбільш орієнтованих на альтернативні джерела енергії країн, частка поновлюваної енергії може скласти 40 відсотків, а у виробництві електричної – близько 67 відсотків, передбачає Федеральний союз поновлюваних джерел енергії.

Розвиток та використання альтернативних та відновлювальних джерел енергії (вітрової і сонячної енергії, біопалива, тощо) є вагомим фактором для зміцнення енергетичної безпеки та зменшення негативного техногенного впливу на навколишнє природне середовище. Важливість розвитку альтернативної енергетики є очевидною, адже вона відіграє вирішальну роль у зменшенні парникових викидів, знижені негативного впливу на довкілля, підвищує безпеку енергопостачання, допомагає зменшити залежність від імпорту енергії.

1. Альтернативні джерела енергії: вода

Енергія води. Гідроенергія

Оскільки сонячне випромінювання — рушійна сила кругообігу води в природі, енергія води, або гідроенергія, також відноситься до перетвореної енергії Сонця. Вода, що ще в стародавності використовували для здійснення механічної роботи, дотепер залишається добрим джерелом енергії — тепер вже електричної — для нашої промислової цивілізації. Енергія падаючої води, що обертає водяне колесо, служила безпосередньо для розмелу зерна, розпилювання деревини і виробництва тканин. Однак млини і лісопилки на наших річках стали зникати, коли у вісімдесятих роках позаминулого століття почалося виробництво електроенергії з водоспадів.

Енергія припливів

У припливах і відпливах, що змінюють один одного двічі на день, також зосереджена величезна енергія. Припливи — це результат гравітаційного притягання великих мас води океанів з боку Місяця і, у меншому ступені, Сонця. При обертанні Землі частина води океану піднімається і якийсь час утримується в цьому положенні гравітаційним притяганням. Коли «горб» підйому води досягає суші, як це повинно відбуватися внаслідок обертання Землі, настає приплив. Подальше обертання Землі послабляє вплив Місяця на цю частину океану, і приплив спадає. Припливи і відпливи повторюються двічі на добу, хоча їхній точний час змінюється в залежності від сезону і положення Місяця.

Середня висота припливу складає усього лише 0,5 м, за винятком тих випадків, коли водяні маси переміщаються у відносно вузьких межах. У таких випадках виникає хвиля, висота якої може в 10-20 разів перевищувати нормальну висоту припливного підйому. Щороку найбільш високі припливи бувають тоді, коли Місяць і Сонце знаходяться майже на одній лінії, так що сумарний гравітаційний вплив збільшує обсяг переміщуваної океанської води.

Біологічні і фізичні наслідки будівництва приливних електростанцій.

Фізичні наслідки. Коли ми дивимося на припливи з їх загрозливою енергією, нам варто подумати про вплив на навколишнє середовище припливних басейнів. Зосередимося на фізичних змінах, що можуть відбутися з морської сторони припливної електростанції.

Амплітуда припливу може збільшуватися усього лише на 30 см, але навіть така невелика зміна загрожує серйозними наслідками. Припливні води, що надходять, можуть піднятися на 15 см, а це здатне привести до вторгнення морської води в прибережні колодязі і створити загрозу для будівель, розташованих поблизу верхньої відмітки припливу. Можливе прискорення берегової ерозії, а низинні ділянки, включаючи дороги, будуть затоплятися, коли шторми і припливи, що збільшилися, об’єднають зусилля. Берегова смуга буде практично непридатна для використання через більш високі припливи. Оцінки площі берегової смуги, що може бути загублена через приливне затоплення, коливаються від 17 до 40 квадратних кілометрів. Звичайно, місцеві втрати залежать від крутизни схилу і характеру берега. Відплив, що може виявитися нижче на 15 см, здатний утруднити доступ до човнів і до води з причалів. Збільшена висота припливу може викликати надходження більш солоної води в устя річок і цим змінити співвідношення водних організмів, що живуть там. Зі збільшенням амплітуди припливів виникнуть посилені припливні плини, на 5-10% більш швидкі, що може привести до розмивання і переносу піщаних відмілин і до заповнення піском існуючих судноплавних рукавів, а в результаті до необхідності складання нових навігаційних карт. Але в цьому випадку судна незабаром почнуть застрявати, у міру того як проходи будуть змінюватися через переміщення піску.

2. АЛЬТЕРНАТИВНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ: ВІТЕР

ЕНЕРГІЯ ВІТРУ

У пошуках альтернативних джерел енергії в багатьох країнах чимало уваги приділяють вітроенергетиці. Вітер служив людству протягом тисячоліть, забезпечуючи енергію для вітрильних суден, для розмелу зерна і перекачування води. В даний час головне місце займає виробництво електроенергії. Уже сьогодні в Данії вітроенергетика покриває близько 2% потреб країни в електроенергії. У США на декількох станціях працює близько 17 тисяч вітроагрегатів загальною потужністю до 1500 Мвт. Вітроенергетичні пристрої випускаються не тільки в США і Данії, але і Великій Британії, Канаді, Японії і деяких інших країнах.

Для того, щоб будівництво вітроелектростанції виявилося економічно виправданим, необхідно, щоб середньорічна швидкість вітру в даному районі складала не менш 6 метрів за секунду. У нашій країні вітряки можна будувати на узбережжях Чорного і Азовського морів, у степових районах, а також у горах Криму і Карпат. У нинішню епоху високих цін на паливо можна вважати, що вітродвигуни виявляться конкурентноздатними по вартості і зможуть брати участь у задоволенні енергетичних потреб країни.

Треба звернути увагу на те, що при швидкості вітру 33 км/год. подовження крила пропелера в 4 рази (з 15 до 60 м) збільшує виробництво енергії в 16 разів. Відмітимо також, що при довжині крила 30 м вітер зі швидкістю 50 кілометрів за годину забезпечує виробництво електроенергії у 26 разів більше, ніж вітер зі швидкістю 17 кілометрів за годину. Саме тому інженери схиляються на користь великих вітродвигунів і прагнуть перехопити вітер на великій висоті.

Більшість великих вітродвигунів, що споруджуються зараз чи уже діючих, розраховано на роботу при швидкостях вітру 17-58 кілометрів за годину. Вітер зі швидкістю менше 17 кілометрів за годину дає мало корисної енергії, а при швидкостях більш 58 кілометрів за годину можливе пошкодження двигуна.

Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів. Навіть якщо такий вітер забезпечує одержання набагато більше енергії, ніж слабкі вітри, він робить настільки сильний тиск на крила, що вся машина може бути зруйнована. Крім того, тривалість часу, коли дмуть штормові вітри, настільки мала, що внесок штормових вітрів у сумарне виробництво енергії незначний, і це робить подібний ризик безглуздим. Щоб усунути проблему штормових вітрів, крила вітродвигунів згинають так, щоб вони були злегка повернені в одну сторону для зменшення напору вітру; завдяки цьому повні удари сильних поривів не ушкоджують пропелер. Ця стара практика відома як «оперення». Щоб запобігти поломці крил, застосовують також нові матеріали, здатні протистояти великим навантаженням.

Інші проблеми в конструкції вітродвигунів обумовлені просто природою системи, необхідної для перехоплення енергії вітру. Двигуни звичайно встановлюють на високих вежах, щоб пропелери були відкриті більш сильним вітрам, що дмуть на великій висоті. Ближче до поверхні землі будинки, дерева, невеликі пагорби і т.п. стримують і послабляють вітер. Тому потрібні високі щогли. Однак важке устаткування — пропелер, коробка передач і генератор — повинні розміщатися на верхівці щогли, і це вимагає міцної конструкції.

Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах — від легкого подиху до могутніх поривів; у зв’язку з цим міняється і число обертів генератора за секунду. Для усунення цього перемінний струм, що виробляється при обертанні осі генератора, випрямляють, тобто перетворюють у постійний, що йде в одному напрямку. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм надходить в електронний перетворювач, що робить стабільний перемінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему. Невеликі вітродвигуни на кшталт тих, що використовують на ізольованих фермах чи на морських островах, подають випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Акумуляторні батареї необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер занадто слабшає для виробництва енергії.

mirznanii.com

джерела енергії майбутнього ~ Futurum

Традиційні види енергетики забезпечують людство електрикою і теплоносіями, але при цьому завдають істотної шкоди навколишньому середовищу. Так, гідроелектростанції руйнують природний ландшафт, заважають природній течії річок, виводять з господарського користування великі площі родючих земель. ТЕС споживають величезні кількості природного палива, а імідж АЕС серйозно похитнули аварії в Чорнобилі та Фукусімі. Альтернативою такому положенню справ може стати розвиток альтернативної енергетики, яка використовує енергію сонця, вітру і води, а також біопалива з органічних відходів або спеціально вирощуваних рослин.

Альтернативна енергетика – сукупність перспективних способів отримання, передачі та використання енергії, які поширені не так широко, як традиційні, проте представляють інтерес через вигідність їх використання при, як правило, низькому ризику заподіяння шкоди навколишньому середовищу.