Развитие альтернативных источников энергии

 

Снизить потребление сырой нефти и других традиционных видов топлива можно, заменив их другими источниками энергии.

1)Ядерная энергия. После чернобыльской катастрофы в апреле 1986 года нетрудно понять, почему интерес к атомным электростанциям (АЭС) сменился недоверием. Если сопоставить работу двух электростанций ТЭС и АЭС одной и той же мощности (1000 МВт) в течение года, выяснится следующее:

- Потребность в топливе. Для ТЭС необходимо 3,5 млн т угля; добыча такого его количества открытым способом нанесет серьезный ущерб ландшафту, окружающим водоемам и за счет кислотного выщелачивания - грунтовым водам. Для АЭС потребуется 1,5 т обогащенного урана, что соответствует всего 1000 т урановой руды.

- Выделение углекислого газа. В результате работы угольной ТЭС в атмосферу поступит более 10 млн т углекислого газа, что усугубит парниковый эффект. АЭС вообще углекислого газа не выделяет.

- Двуокись серы и другие компоненты, кислотных дождей. Выбросы этих загрязнений составят на ТЭС более 400 тыс. т; на АЭС они не образуются.

- Твердые отходы. Проблема их захоронения существует в обоих случаях. Радиоактивные отходы АЭС составят около 2 т; на ТЭС образуется около 100 тыс. т золы.

Именно радиоактивные отходы и возможности аварий на АЭС вызывают тревогу ученых и общественности.

2) Солнечная энергия - это кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Ее запасы практически неистощимы (астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллиардов лет). Также подсчитано, что примерно 1% солнечной энергии вполне достаточно для обеспечения всех нужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и в обозримом будущем. Более того, вне зависимости от того, будем мы ее использовать или нет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак не отразится.

По использованию солнечной энергии на душу населения на первом месте в мире стоит Кипр, где 90% коттеджей и большое число отелей и многоквартирных домов располагают солнечными водонагревателями. В Израиле солнечная энергия обеспечивает 65% горячего водоснабжения жилищ.

Основными источниками энергии являются:

- солнечные батареи, изготовленные из особых материалов, в которых падающая энергия света индуцирует поток электронов, т. е. попросту электрический ток;

- «энергобашни» - вероятно, в детстве вы не раз пользовались увеличительным стеклом, чтобы прожечь дырку в бумаге. Своеобразное применение подобный подход нашел в так называемых «энергобашнях». Установленные на площади в несколько гектаров зеркала фокусируют солнечный свет на котле, находящемся на вершине башни. Высокая температура превращает воду в пар, приводящий в движение обычный турбогенератор. По своей рентабельности энергобашни могут конкурировать с АЭС, а кроме того, не загрязняют окружающую среду;

- солнечные пруды - это еще более дешевый способ улавливать и запасать солнечную энергию. Искусственный водоем частично заполняется рассолом (очень соленой водой), поверх которого на­ходится пресная вода. Плотность рассола гораздо выше, поэтому он остается на дне и с верхним слоем почти не смешивается. Солнечные лучи без помех проходят через пресную воду, но поглощаются рассолом, превращаясь при этом в тепло. Верхний слой действует как изоляция, не позволяя остывать нижнему. Иными словами, в солнечных прудах используется тот же принцип, что и в парниках, только земля и стекло заменены здесь соответственно рассолом и пресной водой. Поскольку солнечный пруд представ­ляет собой высокоэффективный теплоаккумулятор, с его помощью можно получать энергию непрерывно.

3) Энергетическое использование биомассыБиомассой называется любая органика, образующаяся за счет фотосинтеза. Ее энергетическое использование - непосредственное применение в виде топлива или переработка в различные его виды. Здесь существует несколько способов:

Прямое сжигание- одна треть населения земного шара до сих пор использует древесину как единственный источник тепла и получения энергии. В ряде районов проблема загрязнения воздуха дымом от дровяных печей встала настолько остро, что уже вводятся ограничения на такое использование биомассы. Получение метана (природного газа). Питание бактерий органикой в анаэробных условиях сопровождается выделением так называемого биогаза, на две трети состоящего из метана.

Рис. 4 Энергетическое использование биомассы

 

 

Получение спирта. Когда дрожжи в анаэробных условиях питаются сахаром и/или крахмалом, в качестве побочного продукта выделяется спирт, происходит так называемое спиртовое брожение. Первой страной, начавшей крупномасштабное производство спирта из сахарного тростника как автомобильного горючего, стала Бразилия. В настоящее время многие автомобили там работают на его смеси с бензином - так называемом бензоспирте.

4) Гидроэнергия.В течение тысячелетий падающая вода использовалась для вращения различных лопа­стей, колес и турбин. Однако Земля не располагает достаточным количеством крупных естественных водопадов, поэтому еще в XIX веке началось строи­тельство высоких плотин, создающих искусственные перепады воды, позволяющие получать значительное количество гидроэлектроэнергии. Строительство плотин привело к затоплению ряда красивейших реч­ных долин, гибели их растительного и животного мира, исчезновению ценных сельскохозяйственных угодий, лесов, территорий, представляющих археоло­гический, геологический интерес. Поскольку расход воды, проходящей через плотину ГЭС, регулируется в зависимости от потребностей в электроэнергии, ниже по течению уровень реки в течение дня может меняться от почти полного пересыхания до паводко­вых отметок. Экологические нарушения вызывают­ся и снижением количества биогенов, достигающих ее устья. Следовательно, любые предложения по стро­ительству новых ГЭС должны рассматриваться с уче­том того, окупают ли доходы от электроэнергии эко­логический и социальный ущерб, наносимый созда­нием водохранилища.

5) Энергия ветра.Ветер представляет собой одну из форм преобразованной солнечной энергии, так как его причина - неравномерное нагревание атмосферы Солнцем. В настоящее время это современные машины, называемые ветротурбинами. Чем больше площадь лопастей ветротурбины, тем больше она позволяет по­лучить энергии: значит, вдвое удлинив лопасти, можно в четыре раза увеличить выход энергии. Так, установ­ка с размахом лопастей около 100 м, размещенных на башне высотой порядка 60 м, при оптимальной скоро­сти ветра дает энергию 2,5 МВт, что достаточно для энергоснабжения около 2500 жилых домов. В боль­шинстве регионов мира есть территории, где ветры дуют практически постоянно, что делает использова­ние ветротурбин вполне рентабельным.

6) Геотермальная энергия. Поскольку в недрах Земли в результате распада природных радиоактивных веществ идет постоянное высвобождение энергии, внутренняя часть планеты представляет собой расплавленную горную породу, которая время от времени вырывается наружу в виде вулканических извержений и других загрязнителей, в частности соединений серы. Эти примеси вызывают быструю коррозию турбин и другого оборудования, а выбрасываясь в конечном итоге в окружающую среду, загрязняют воздух и воду. Наконец, число мест с геотермальными водами невелико и многие из них расположены далеко от потребителей энергии.

7) Энергия приливов и отливов. В приливах и отливах, сменяющих друг друга дважды в день, также заключена огромная энергия. Предложено множество интересных проектов использования этого экологичес­ки чистого и неиссякаемого источника. Самое простое из предложений заключается в постройке плотины с турбинами поперек устья морского залива. Вода, проходя во время прилива через отверстия в плотине, приводит турбины в движение, генерируя электроэне­гию. При отливе наклон лопастей меняется на противоположный и генераторы продолжают работать без остановки. В настоящее время в мире функционируют две приливно-отливные электростанции - в нашей стране и во Франции. Выработка электроэнергии на таких установках рентабельна при амплитуде колебаний уровня воды не менее 6 м. На Земле есть около 15 мест, где амплитуда приливов и отливов достигает такой величины.

Но и у этого вида энергии есть недостатки экологического характера. Плотины вызовут существенную деградацию окружающей среды. Они станут задерживать наносы, мешать миграции морских организмов, нарушать сложившиеся механизмы циркуляции и перемешивания морских и пресных вод.

Итак, обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что на пороге широкомасштабного промышленного внедрения находятся только три из них: ветротурбины, солнечные батареи и биогаз. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда на решение встающих энергетических проблем; таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обязательно. Однако их придется еще какое-то время сохранять в качестве резервных для стабильного энергообеспечения.