Vaihtoehtoiset energialähteet. Energialähteiden tyypit ja niiden käyttö. Vaihtoehtoiset lämpöenergian lähteet: mistä ja miten saada lämpöä

Joten ensinnäkin määritellään mitä vaihtoehtoinen energia on. Ja määritelmä on seuraava. vaihtoehtoinen Energia on joukko lupaavia energiantuotantomenetelmiä, jotka eivät ole yhtä yleisiä kuin perinteiset, mutta ne ovat erittäin kiinnostavia, koska ne ovat kannattavia ja niitä voidaan käyttää pienellä haitallisten ympäristövaikutusten riskillä. Tämän perusteella vaihtoehtoisia energialähteitä tämä on vaihtoehtoisen energian polttoaine.

Useimmat ovat samaa mieltä siitä, että jonain päivänä meidän on luovuttava tavallisesta polttoaineesta. Se on sotien, saastumisen ja ilmastonmuutoksen syy. Mutta tiedemiehet ovat tutkineet vaihtoehtoisia lähteitä, kuten aurinkoa, tuulta ja vettä, monta vuotta.

Tuulivoimajärjestelmät ja aurinkopaneelit ovat kuitenkin edelleen kalliimpia hiilen ja öljyn käsittelyyn verrattuna, eivätkä ne sovellu kaikille alueille.

Tästä syystä tutkijat eivät lakkaa etsimään uusia ratkaisuja, vaan asteittain kääntävät huomionsa vähemmän suosittuihin menetelmiin. Jotkut ovat melko epätavallisia, jotkut ovat tyhmiä, epärealistisia ja joskus inhottavia.

Luova lähestymistapa vaihtoehtoisten energialähteiden löytämiseen vie meidät lähemmäksi energiaturvallisuusongelmien ratkaisemista. Eikä näiden tarvitse olla suuria projekteja. Ratkaisuissa, jotka on suunniteltu käytettäväksi pienellä tasolla - kehitysmaiden kylissä tai taajamissa, ei ole mitään vikaa.

10 vaihtoehtoisia energialähteitä

Tulevaisuuden energiaa. Tulevaisuuden vaihtoehtoiset energialähteet

1) Sokerin laittaminen auton tankkiin on vanha ja kaikkea muuta kuin harmiton vitsi, joka voi johtaa moottorivaurioihin. Mutta sokeri voi olla erinomainen polttoaine autollesi. Virginia Institute of Technologyn asiantuntijat työskentelevät tuottaakseen vetyä sokerista, jota voidaan käyttää puhtaana, edullisena polttoaineena, joka ei aiheuta myrkyllisiä aineita tai hajua. Tutkijat liuottavat sokeria veteen kolmentoista tehokkaan entsyymin avulla reaktorissa, joka tuottaa vetyä seoksesta.

Vety otetaan talteen ja pumpataan akkuun energian tuottamiseksi. Tämän seurauksena vetyä tuotetaan 3 kertaa enemmän kuin perinteisillä menetelmillä, mikä vaikuttaa tekniikan kustannuksiin.

Valitettavasti kestää vielä tusina vuotta, ennen kuin kuluttajat voivat tankata autojaan sokerilla. Lähitulevaisuudessa realistisin on kannettavien tietokoneiden, matkapuhelimien ja muiden sähkölaitteiden sokeriakkujen suunnittelu. Nämä akut toimivat pidempään ja luotettavammin kuin nykyajan analogit.

Andrei Voronin. Vaihtoehtoiset energialähteet

2) Energiaa, 100 miljardia kertaa enemmän kuin koko planeetan ihmiskunta tällä hetkellä kuluttaa, on kirjaimellisesti käden ulottuvilla. Tämä aurinkotuulienergiaa- Varautuneiden hiukkasten virta, jota aurinko lähettää. Brooke Harrop, fyysikko Washington State Universitystä Pullmanissa ja fyysikko Dirk Schulze-Makuch Washingtonin osavaltion ympäristö- ja luonnonvarojen tutkimuslaitoksesta uskovat, että nämä hiukkaset voisivat vangita satelliitilla, joka kiertää Aurinkoa Maan kiertoradalla.

Tämän projektin mukaan satelliitissa on kuparilanka, joka ladataan täällä sijaitsevalla akulla luomaan magneettikentän, joka poimii elektroneja tästä tuulesta. Elektronienergia välitetään täältä Maahan infrapunalaserin avulla, eikä maan ilmakehä vaikuta siihen.

Tämän hankkeen toteuttamiselle on myös esteitä. Ensinnäkin meidän on ratkaistava satelliitin suojeleminen avaruusjätteiltä. Toiseksi, maapallon ilmakehä voi absorboida energiaa, joka välittyy kaukaa. Ja infrapunasäteen kohdistaminen valittuun paikkaan ei ole helppo tehtävä.

Tällä kehityksellä on mahdollisuuksia toimittaa energiaa avaruusaluksille.

3) Suuri joukko ihmisiä uskoo, että virtsa ja ulosteet on hävitettävä välittömästi. Mutta sekä ihmisten että eläinten tuottamat ulosteet sisältävät metaani, jolla ei ole väriä eikä hajua, mutta joka tuottaa energiaa paremmin kuin maakaasu.

Ajatusta koiran ulosteiden muuttamisesta kehittävät ainakin kaksi tutkijaryhmää - toinen Cambridgessa (Massachusetts) ja toinen San Franciscon NorcalWaste-yhtiön asiantuntijat. Kaksi ryhmää ehdottaa, että lemmikkieläinten omistajat käyttävät jätteenkeräyspusseja lemmikkiään ulkoiluttaessaan. Tämän jälkeen pussit heitetään "reaktoreihin", joissa syntyy metaania, jota voidaan käyttää katujen valaisemiseen.

Pennsylvanian maatilat etsivät karjanlantaa uutena energialähteenä. 600 lehmää tuottaa noin 70 000 kg lantaa päivässä, mikä käytettynä säästää tilalla noin 60 000 dollaria vuodessa. Tätä jätettä voidaan käyttää lannoitteena sekä kodin valaistukseen ja lämmitykseen. Ja amerikkalainen yritys Hewlett-Packard kuvaili, kuinka maanviljelijät voivat lisätä tulojaan vuokraamalla omansa Internet-palveluntarjoajille, jotta he voivat käyttää metaanienergiaa tietokoneissa.

Ihmisten jäte on yhtä arvokasta. Australiassa on Volkswagen Beetle, joka käyttää metaania jäteveden käsittelystä. Ja brittiläisen WessexWater-yhtiön insinöörien mukaan 70 talon jäte tuottaa tarpeeksi metaania, jotta auto kulkee 16 000 km pysähtymättä.

Älä myöskään unohda virtsaa. Heriot-Watt Universityn fysiikan ja tekniikan tiedekunnan tutkijat yrittävät luoda maailman ensimmäistä virtsa-akkua. Tälle teknologialle voitaisiin löytää sovelluksia sekä avaruus- että sotilasteollisuudessa, mikä mahdollistaisi energian tuotannon tien päällä. Urea on helposti saatavilla oleva ja myrkytön orgaaninen aine, joka sisältää runsaasti typpeä. Joten ihmiset kirjaimellisesti kuljettavat mukanaan kemiallista yhdistettä, joka voi olla energian lähde.

Ihmiskehon

4) Kun ajat metroautossa kuumana päivänä, yritä miettiä mitä kehosi tuottamaa lämpöä, riittää lämmittämään koko rakennuksen. Näin he ajattelevat Tukholmassa ja Pariisissa. Kiinteistöyhtiö Jernhuset kehittää suunnitelmaa matkustajien tuottaman lämmön hyödyntämiseksi Tukholman päärautatieaseman kautta kulkevassa metrojunassa. Lämpö lämmittää putkien läpi kulkevan ja rakennusten ilmanvaihtojärjestelmiin tulevan veden. Ja Pariisissa asuinkompleksin omistaja Pariisissa haluaa lämmittää 17 asuntoa lähellä Pompidou-keskusta metromatkustajien avulla.

Huolimatta siitä, kuinka oudolta se kuulostaa, yhtä todennäköisempää on projekti, joka käyttää ruumiiden energiaa rakennuksen lämmittämiseen. Tätä menetelmää käyttää yksi krematorio Iso-Britanniassa, jota lämmittävät sen "asiakkaat". Kuolleiden ruumiiden polttamisesta syntyvä lämpö taltioitiin aiemmin elohopeanpoistojärjestelmällä, mutta nyt lämpö johdetaan putkia pitkin rakennusten lämmittämiseen.

5) Erota ja auta luontoa – tätä iskulausetta voidaan käyttää uuden strategian mainostamiseen. Rotterdamin klubi Watt käyttää kävelevien ja tanssivien asiakkaiden tärinää valoshown tehostamiseen. Se on mahdollista pietsosähköisten materiaalien käytön ansiosta, joka voi paineen alaisena muuttaa värinät .

Yhdysvaltain armeija on myös kiinnostunut pietsosähköisten laitteiden käyttämisestä energian tuottamiseen. Pietsosähköiset laitteet asetetaan sotilaiden saappaisiin antamaan virtaa radioille ja muille sähkölaitteille. Valtavasta potentiaalistaan ​​huolimatta tämä tekniikka ei ole kovin laajalle levinnyt. Lähinnä korkeiden kustannustensa vuoksi. Tällaisen lattian asentaminen 2500 neliömetrille. Watt-klubi käytti 257 000 dollaria, mikä ei koskaan maksanut tulosta. Tulevaisuudessa tätä pinnoitetta kuitenkin parannetaan syntyvän energian lisäämiseksi - tanssista tulee todella energistä!

6) Vain Kaliforniassa joka vuosi tuotetaan yli 700 000 tonnia lietettä– höyrykattiloiden liukenemattomat kerrostumat lietteenä tai kiinteässä muodossa. Mutta kaikki eivät ymmärrä, että tämä materiaali riittää tuottamaan 10 000 000 kilowattituntia sähköä päivässä. Nevadan yliopiston tutkijat kuivaavat lietettä muuttaakseen sen polttoaineeksi kaasutusta varten, mikä johtaa sähkön tuotantoon. Tiedemiehet ovat keksineet asennuksen, joka muuttaa viskoosin sedimentin jauheeksi käyttämällä matalassa lämpötilassa "kiehuvaa" hiekkaa. Tuloksena saamme edullista, mutta laadukasta polttoainetta.

Tämä tekniikka muuttaa jätteet polttoaineeksi ja voi toimia suoraan tuotannossa, mikä säästää rahaa lietteen kuljetuksessa ja hävittämisessä. Nämä tutkimukset eivät ole vielä valmiit, mutta alustavien arvioiden mukaan järjestelmä voisi teoriassa tuottaa täydellä kapasiteetilla toimivana 25 000 kilowattituntia energiaa päivässä.

7) Meduusat, jotka elävät syvyyksissä ja sisältävät aineita, joista voi tulla energianlähteitä. Ne hehkuvat vihreän fluoresoivan proteiinin ansiosta. Chalmersin yliopiston tiimi asetti tämän proteiinin elektrodeille ja säteilytti niitä UV-säteillä, jolloin aine alkoi lähettää elektroneja.

Tätä proteiinia käytettiin luomaan biologista polttoainetta, joka tuottaa sähköä ilman valonlähdettä; sen sijaan käytettiin aineseosta - magnesiumia biokatalyyttilusiferaasin kanssa, jota löytyy tulikärpäsistä.

8) On kolme "räjähtävää järveä", jotka ovat saaneet nimensä suurista hiilidioksidi- ja metaanimääristä, jotka kerääntyvät syvyyksiin veden lämpötila- ja tiheyseron vuoksi.

Jos lämpötila muuttuu, kaasut karkaavat järvestä kuin korkki soodapullosta tappaen kaiken käden ulottuvilla olevan elämän. Tällainen tragedia tapahtui vuonna 1984 Kamerunissa, kun Nyos-järvestä vapautui suuri hiilidioksidipilvi, joka aiheutti satojen ihmisten ja eläinten kuoleman.

Ruandassa on samanlainen järvi (Kivu). Paikallinen hallitus päätti kuitenkin käyttää tätä tappavaa kaasua hyväkseen ja rakensi tänne voimalaitoksen, joka pumppaa kaasuja järvestä ja käyttää niillä kolmea generaattoria, jotka tuottavat 3,6 MW energiaa. Hallitus ennustaa, että tämä voimalaitos pystyy pian tuottamaan tarpeeksi energiaa kattamaan kolmanneksen maasta.

9) Miljardeja bakteereja elää luonnossa, ja kuten kaikilla elävillä olennoilla, heillä on oma selviytymisstrategiansa, jos ruokaa ei ole tarpeeksi. Esimerkiksi E. coli -bakteerilla on rasvahappovarasto, jonka koostumus muistuttaa polyesteriä. Näitä samoja rasvahappoja käytetään biodieselpolttoaineen valmistuksessa. Nähtyään tämän bakteerien ominaisuuden tutkijat näkevät suuria näkymiä tavalle, jolla niitä voidaan parantaa geneettisesti tuottamaan valtavia määriä happoja.

Ensin tutkijat poistivat entsyymit bakteereista, sitten kuivasivat rasvahapot hapen poistamiseksi. Tämän seurauksena he muuttivat bakteerit dieselpolttoaineen kaltaiseksi.

10) ovat tyhjiä putkia, jotka koostuvat hiiliatomeista. Niiden käyttöalue on erittäin laaja: panssarista "hissien" luomiseen, jotka voivat kuljettaa erilaisia ​​rahtia Kuuhun. Ja äskettäin joukko Massachusetts Instituten tutkijoita löysi mahdollisuuden käyttää nanoputkia aurinkoenergian keräämiseen, ja näiden putkien tehokkuus on 100 kertaa parempi kuin meille nykyään tunnettujen aurinkokennojen. Tämä vaikutus saavutetaan, koska nanoputket toimivat antenneina vangitsemaan auringonvaloa ja ohjaamaan ne aurinkopaneeleihin, jotka muuttavat ne auringonvaloksi. Joten sen sijaan, että hän peittäisi koko talonsa katon aurinkopaneeleilla, henkilö, joka haluaa valjastaa aurinkoenergiaa käyttämällä hiilinanoputkia, jotka vievät murto-osan alueesta.

Energia on aina ollut tärkein tekijä ihmissivilisaation olemassaolossa ja kehityksessä. Ilman sitä ihmisen toiminta on mahdotonta ajatella, siitä riippuu ratkaisevasti maiden taloudet ja viime kädessä ihmisten hyvinvointi. Keskivertoihminen on niin tottunut ja sopeutunut sen erilaisiin ilmenemismuotoihin, että hän ei yksinkertaisesti huomaa ongelmaa ja kuluttaa mielettömästi loputtomalta vaikuttavia resursseja.

Perinteisten energialähteiden rajat ja mahdollisuudet eivät kuitenkaan ole ehtymättömät. Tämän todistaa kaunopuheisesti useimpien planeetan suurimpien taloudellisesti kehittyneiden maiden, YK:n ja muiden johtavien maailmanjärjestöjen energiapolitiikka. Kaikki kiinnostuneet ovat aktiivisesti etsineet ja kehittäneet muita vaihtoehtoisia sähkön ja lämmön tuotantotapoja yli puolen vuosisadan ajan.

Vaihtoehtoisen energian kehittäminen liittyy läheisesti suuriin ympäristöongelmiin. Maailmanlaajuinen ympäristön saastuminen, maailman valtameret, pelottavat tilastot haitallisten yhdisteiden päästöistä ilmakehään - kaikki tämä osoittaa selvästi, että 2000-luvulla vaihtoehtoinen energia ja ekologia liittyvät erottamattomasti toisiinsa.

Epätavanomaisten energialähteiden kehittäminen ja etsiminen on yksi globaalin tiedeyhteisön tärkeimmistä tehtävistä. Sen ratkaisusta riippuvat planeetan ekologia, tulevan kokonaisenergiakriisin tilanne, maiden taloudellinen kehitys ja sen seurauksena niiden väestön elintaso.

Ihmiskunta on jo pitkään ymmärtänyt tarpeen saada energiaa ja oppinut käyttämään sitä saavuttaen konkreettisia etuja.

Tuulienergian käyttö johti purjeiden, sotalaivojen ja kauppa-alusten ilmestymiseen. Sotilaslaivastot syntyivät ja merikauppa alkoi kehittyä.

Myllyjen keksiminen leivän valmistukseen perustui vesipyörän liikkeellä tuotetun vesienergian käyttöön. Niiden esiintyminen vaikutti positiivisesti muinaisen maailman maiden demografiseen tilanteeseen ja ihmisten elinajanodote nousi jyrkästi.

Muinaisista ajoista lähtien kotitalousjätteiden ja sukupuuttoon kuolleiden kasvien jäänteiden käyttö polttoaineena on auttanut ruoanvalmistuksessa ja toiminut perustana varhaisen metallurgian syntymiselle.

Sitten tärkeät geologiset löydöt tulivat ihmiskunnan avuksi. Tieteellinen ja teknologinen kehitys ja teollinen vallankumous johtivat siihen, että jo 1800-luvun lopulla hiilivedyistä tuli pääasiallinen energianlähde. Purjeet, airot ja hevosten ja muiden eläinten lihasvoima korvattiin halvoilla fossiilisia polttoaineita polttavilla moottoreilla.

Valtaosan osavaltioiden taloudet muuttuivat hiilivedyiksi, vesivoima kehittyi matkan varrella, ja 1900-luvun puolivälistä lähtien ydinenergia tuli näyttämölle.

Tällainen progressiivinen kehitys olisi voinut jatkua edelleen, jos sivilisaatio ei olisi 1900-luvun 60–70-luvulla kohdannut maapallon maailmanlaajuisen saastumisen ongelmaa, joka liittyy läheisesti ihmisen aiheuttamaan ilmastonmuutokseen.

Nykyaikainen energia pitää kämmenen luottavaisesti kiinni kemiallisissa, radioaktiivisissa, aerosoleissa ja muissa ympäristön saasteissa. Sen olennaisten ongelmien ratkaiseminen vaikuttaa suoraan ympäristöongelmien poistamisen positiiviseen mahdollisuuteen.

Nykyaikaisen energiaongelman suurin vaikeus on se, että tämä valmistusteollisuus laajenee erittäin nopeasti. Vertailun vuoksi: jos maapallon väkiluku kaksinkertaistuu keskimäärin puolen vuosisadan välein, niin ihmiskunnan energiankulutus kaksinkertaistuu 15 vuoden välein.

Näin ollen energia-alan väestönkasvun ja kasvun superpositio johtaa lumivyöryvaikutukseen: energiatarpeet ja -tarve henkeä kohti kasvavat jatkuvasti.

Tällä hetkellä ei ole merkkejä sen kulutuksen vähenemisestä. Täyttääkseen nämä vaatimukset jatkuvasti lähitulevaisuudessa ihmiskunnan on vastattava nopeasti useisiin tärkeisiin kysymyksiin itselleen:

• mikä todellinen vaikutus keskeisillä energiatyypeillä on noosfääriin (ihmisen toiminta-alue), miten niiden osuus energiataseessa muuttuu lähi- ja kaukaisessa tulevaisuudessa;
• kuinka neutraloida perinteisten energiantuotantomenetelmien ja sen hyödyntämisen kielteisiä vaikutuksia;
• mitä mahdollisuuksia on olemassa, onko vaihtoehtoisen energian tuottamiseen saatavilla teknologioita, mitä resursseja tähän voidaan käyttää, onko vaihtoehtoisilla energialähteillä tulevaisuutta.

Vaihtoehtoinen energia ihmiskunnan vaihtoehtoisena tulevaisuutena

Mitä on vaihtoehtoinen energia? Tämä konsepti kätkee sisäänsä täysin uuden toimialan, joka yhdistää kaikenlaisia ​​lupaavia kehityshankkeita, joiden tavoitteena on löytää ja käyttää vaihtoehtoisia energialähteitä.

Nopea siirtyminen vaihtoehtoisiin energialähteisiin on välttämätöntä seuraavista tekijöistä johtuen:

Vaihtoehtoisia energiamuotoja käyttävät valtiot saavat korvaamattoman bonuksen – käytännössä ehtymättömän, rajattoman tarjonnan, koska leijonanosa näistä lähteistä on uusiutuvia.

Vaihtoehtoisten energialähteiden päätyypit

Viime aikoina on käytännössä kokeiltu monia epätavanomaisia ​​vaihtoehtoja energian tuottamiseen. Tilastot sanovat, että puhumme edelleen tuhannesosista potentiaalisesta käytöstä.

Tyypillisiä vaikeuksia, joita vaihtoehtoisten energialähteiden kehittäminen väistämättä kohtaa matkan varrella, ovat täydelliset aukot useimpien maiden lainsäädännössä, joka koskee luonnonvarojen hyödyntämistä valtion omaisuutena. Oikeudellisen kehityksen puutteeseen läheisesti liittyy vaihtoehtoisen energian väistämättömän verotuksen ongelma.

Katsotaanpa 10 eniten käytettyä vaihtoehtoista energialähdettä.

Tuuli

Ihminen on aina käyttänyt tuulivoimaa. Nykyaikaisen teknologian kehitystaso mahdollistaa sen lähes keskeytyksettä.

Sähköä tuotetaan myllyjen kaltaisilla tuulimyllyillä ja erikoislaitteilla. Tuulimyllypotkuri siirtää pyörivien siipien kautta tuulen liike-energiaa generaattorille, joka tuottaa virtaa.

Tällaiset tuulivoimalat ovat erityisen yleisiä Kiinassa, Intiassa, Yhdysvalloissa ja Länsi-Euroopan maissa. Kiistaton johtaja tällä alalla on Tanska, joka on muuten tuulivoiman edelläkävijä: ensimmäiset laitokset ilmestyivät tänne 1800-luvun lopulla. Tanska kattaa tällä tavalla jopa 25 % sähkön kokonaistarpeestaan.

1900-luvun lopulla Kiina pystyi toimittamaan sähköä vuoristo- ja aavikkoalueille vain tuuligeneraattoreiden avulla.

Tuulienergian käyttö on kenties edistynein tapa tuottaa energiaa. Tämä on ihanteellinen synteesivaihtoehto, jossa yhdistyvät vaihtoehtoinen energia ja ekologia. Monet maailman kehittyneet maat lisäävät jatkuvasti tällä menetelmällä saadun sähkön osuutta kokonaisenergiataseessaan.

Aurinko

Auringon säteilyä on myös yritetty käyttää energian tuottamiseen jo pitkään, mikä on tällä hetkellä yksi lupaavimpia tapoja kehittää vaihtoehtoista energiaa. Jo se tosiasia, että aurinko paistaa ympäri vuoden monilla planeetan leveysasteilla ja välittää Maahan kymmeniätuhansia kertoja enemmän energiaa kuin koko ihmiskunta kuluttaa vuodessa, inspiroi aurinkoasemien aktiiviseen käyttöön.

Suurin osa asemista sijaitsee Yhdysvalloissa, mutta aurinkoenergiaa on levinnyt lähes sadassa maassa. Perustana ovat valokennot (auringon säteilyn muuntimet), jotka yhdistetään suurikokoisiksi aurinkopaneeleiksi.

Maan lämpö

Maan syvyyksien lämpö muunnetaan energiaksi ja käytetään ihmisten tarpeisiin monissa maissa ympäri maailmaa. Lämpöenergia on erittäin tehokas vulkaanisen toiminnan alueilla, paikoissa, joissa on monia geysireitä.

Johtajia tällä alueella ovat Islanti (maan pääkaupunki Reykjavik on täysin varustettu geotermisellä energialla), Filippiinit (osuus kokonaissaldosta - 20 %), Meksiko (4 %) ja USA (1 %). .

Tämän tyyppisen lähteen käytön rajoitus johtuu geotermisen energian kuljettamisen mahdottomuudesta pitkiä matkoja (tyypillinen paikallinen energialähde).

Venäjällä on tällä hetkellä käytössä vain yksi vastaava asema (kapasiteetti - 11 MW) Kamtšatkassa. Siellä on meneillään uuden aseman rakentaminen (kapasiteetti - 200 MW).

Kymmenen lupaavinta energialähdettä lähitulevaisuudessa ovat:

• avaruuteen perustuvat aurinkovoimalat (hankkeen suurin haittapuoli on valtavat taloudelliset kustannukset);
• ihmisen lihasvoima (kysyttävä ennen kaikkea mikroelektroniikassa);
• laskujen ja virtausten energiapotentiaali (haitta - korkeat rakennuskustannukset, jättiläismäiset tehonvaihtelut päivässä);
• polttoainesäiliöt (vety) (tarve uusien huoltoasemien rakentamiseen, niillä tankattavien autojen korkea hinta);
• nopeat ydinreaktorit (nestemäiseen Naan upotetut polttoainesauvat) – tekniikka on erittäin lupaava (mahdollisuutta käyttää käytettyä jätettä uudelleen);
• biopolttoaine - kehitysmaissa jo laajasti käytössä (Intia, Kiina), edut - uusiutuvuus, ympäristöystävällisyys, haitat - resurssien käyttö, sadontuotantoon tarkoitettu maa, karjan kävely (hinnan nousu, elintarvikepula);
• ilmakehän sähkö (salmaenergiapotentiaalin kertyminen), suurin haittapuoli on ilmakehän rintamien liikkuvuus, purkausnopeus (kertymisvaikeus).

Vaihtoehtoinen energia on epäperinteisiä tapoja saada, siirtää ja käyttää energiaa. Tunnetaan myös nimellä "vihreä energia". Vaihtoehtoisilla lähteillä tarkoitetaan uusiutuvia luonnonvaroja (kuten vesi, auringonvalo, tuuli, aaltoenergia, geotermiset lähteet, uusiutuvien polttoaineiden epätavallinen poltto).

Perustuu kolmeen periaatteeseen:

1. Uusiutuvuus.
2. Ympäristöystävällisyys.
3. Taloudellinen.

Vaihtoehtoisen energian on ratkaistava useita maailman kiireellisiä ongelmia: mineraalivarojen hukkaaminen ja hiilidioksidin vapautuminen ilmakehään (tätä tapahtuu tavallisilla energiantuotantomenetelmillä kaasun, öljyn jne. avulla), mikä aiheuttaa ilmaston lämpenemistä, peruuttamattomia muutoksia ympäristössä ja kasvihuoneilmiössä.

Vaihtoehtoisen energian kehittäminen

Suunta pidetään uutena, vaikka tuuli-, vesi- ja aurinkoenergiaa yritettiin käyttää jo 1700-luvulla. Vuonna 1774 julkaistiin ensimmäinen tieteellinen vesitekniikan teos, "Hydraulic Architecture". Teoksen kirjoittaja on ranskalainen insinööri Bernard Forest de Belidor. Teoksen julkaisun jälkeen vihreän suunnan kehitys jäätyi lähes 50 vuodeksi.

• 1846 - ensimmäinen tuuliturbiini, suunnittelija - Paul la Cour.
• 1861 - patentti aurinkovoimalan keksinnölle.
• 1881 - vesivoimalan rakentaminen Niagara Fallsiin.
• 1913 - ensimmäisen geotermisen aseman rakentaminen, insinööri - italialainen Piero Ginori Conti.
• 1931 - ensimmäisen teollisen tuulipuiston rakentaminen Krimille.
• 1957 - tehokkaan tuuliturbiinin (200 kW) asennus Alankomaihin, liitettynä valtion verkkoon.
• 1966 - ensimmäisen aaltoon perustuvaa energiaa tuottavan aseman rakentaminen (Ranska).

Vaihtoehtoinen energia sai uuden sysäyksen kehitykselle 1970-luvun vakavan kriisin aikana. 90-luvulta 2000-luvun alkuun maailmassa kirjattiin kriittinen määrä voimalaitosonnettomuuksia, joista tuli lisäkannustin vihreän energian kehitykselle.

Vaihtoehtoinen energia Venäjällä

Vaihtoehtoisen energian osuus maassamme on noin 1 % (energiaministeriön mukaan). Vuoteen 2020 mennessä tämä luku on tarkoitus nostaa 4,5 prosenttiin. Vihreän energian kehittämistä ei toteuteta vain valtion varoilla. Venäjän federaatio houkuttelee yksityisiä yrittäjiä ja lupaa pienen hyvityksen (2,5 kopekkaa per 1 kW per tunti) niille liikemiehille, jotka ovat tiiviisti mukana vaihtoehtoisessa kehityksessä.

Mahdollisuudet vihreän energian kehittämiseen Venäjän federaatiossa ovat valtavat:

• valtamerten ja merien rannikkoa, Sahalin, Kamchatka, Chukotka ja muita alueita voidaan käyttää tuulienergian lähteinä niiden vähäisen väestömäärän ja kehityksen vuoksi;
• aurinkoenergian lähteet ylittävät yhdessä öljyn ja kaasun jalostamalla tuotettujen resurssien määrän - edullisimmat tässä suhteessa ovat Krasnodarin ja Stavropolin alueet, Kaukoitä, Pohjois-Kaukasus jne.

(Suurin aurinkovoimala Altain Venäjällä)

Viime vuosina tämän alan rahoitus on vähentynyt: 333 miljardin ruplan taso on pudonnut 700 miljoonaan, mikä selittyy maailmanlaajuisella talouskriisillä ja kiireellisillä ongelmilla. Tällä hetkellä vaihtoehtoinen energia ei ole Venäjän teollisuuden prioriteetti.

Vaihtoehtoista energiaa eri puolilla maailmaa

(Tuuligeneraattorit Tanskassa)

Vesivoima kehittyy dynaamisimmin (vesivarojen saatavuuden vuoksi). Tuuli- ja aurinkoenergia jää huomattavasti jälkeen, vaikka jotkut maat päättävätkin siirtyä näihin suuntiin.

Näin ollen tuuliturbiinien avulla tuotetaan energiaa (kokonaismäärästä):

• 28 % Tanskassa;
• 19 % Portugalissa;
• 16 % Espanjassa;
• 15 % Irlannissa.

Aurinkoenergian kysyntä on alhaisempi kuin tarjonta: puolet tuottajien toimittamista lähteistä on asennettu.

(Aurinkovoimala Saksassa)

Vihreän energian tuotannon TOP-5 johtajaa (tiedot portaalista Vesti.ru):

1. USA (24,7 %) - (kaikenlaiset luonnonvarat, auringonvalo on eniten mukana).
2. Saksa - 11,7 % (kaiken tyyppiset vaihtoehtoiset resurssit).
3. Espanja - 7,8 % (tuulilähteet).
4. Kiina - 7,6% (kaikki lähteet, puolet niistä on tuulienergiaa).
5. Brasilia - 5 % (biopolttoaineet, aurinko- ja tuulilähteet).

(Espanjan suurin aurinkovoimala)

Yksi vaikeimmin ratkaistavista ongelmista on talous. Usein on halvempaa käyttää perinteisiä energialähteitä kuin asentaa uusia laitteita. Yksi mahdollisista myönteisistä ratkaisuista tähän ongelmaan on sähkön, kaasun jne. hintojen jyrkkä nousu, jotta ihmiset pakotetaan säästämään ja ajan myötä siirtymään kokonaan vaihtoehtoisiin lähteisiin.

Kehitysennusteet vaihtelevat suuresti. Näin ollen Tuulienergialiitto lupaa, että vuoteen 2020 mennessä vihreän energian osuus nousee 12 prosenttiin, ja EREC olettaa, että vuonna 2030 jo 35 prosenttia maailman energiankulutuksesta tuotetaan uusiutuvilla lähteillä.

Energia on erittäin tärkeä osa ihmisen elämää. Ilman energiaa sekä ihmiskehon että minkä tahansa maan päällä olevan laitteen olemassaolo on mahdotonta. Siksi ihmiset ovat aina yrittäneet löytää energialähteitä, jotka pystyvät tyydyttämään kaikki tuotantotarpeet.

Väestön tarpeet kasvavat päivä päivältä, joten tarvitaan uusia, entistä energiaintensiivisempiä resursseja, jotka voivat tyydyttää ihmisten tarpeet. Jos aiemmin hiiltä ja öljyä oli aivan riittävästi, niin nyt varannot ovat lopussa ja tarve vain kasvaa päivä päivältä. Siksi uusia vaihtoehtoisia energiamuotoja kehitetään nyt aktiivisesti.

Vaihtoehtoisten energiamuotojen mahdollisuudet – pystyvätkö ne takaamaan mukavan ihmisen olemassaolon?

Vaihtoehtoinen energia on jo pitkään siirtynyt tieteiskirjallisuudesta laajalti käytettyyn muotoon monien yritysten ja siirtokuntien energiahuollon järjestämisessä. Tutkimus- ja kehitystyö ei mene hukkaan. Ja jos pari vuosikymmentä sitten vaihtoehtoisten energialähteiden tyypit rajoittuivat tuulivoimaloihin ja aurinkopaneelien käyttöön, niin nyt tämä lista on laajentunut ja täydennetty merkittävästi.

Millaisia ​​vaihtoehtoisia energialähteitä on tällä hetkellä olemassa?

Aurinkoparistot keksittiin melko kauan sitten, ja nyt on epätodennäköistä, että kukaan voi todella yllättyä niistä. Nykyään tällaista energialähdettä käytetään aktiivisesti monilla alueilla. Sitä käytetään sekä teollisiin tarkoituksiin että energiahuoltoon yksityisillä alueilla. Tällaisten laitteiden suunnittelu ja toimintaperiaate on melko yksinkertainen. Sen kustannukset eivät kuitenkaan vieläkään salli kenenkään käyttää tämän tyyppistä autonomista energialähdettä.

Ilmasto on erittäin tärkeä aurinkopaneelien tuottavalle toiminnalle. Alueella, jolle tämä järjestelmä on tarkoitettu asennettavaksi, tulisi olla suuri määrä lämpimiä aurinkoisia päiviä vuodessa. Tällaisten laitteiden asentaminen sateisille ja kylmemmille alueille on vähemmän käytännöllistä.

Toinen melko suosittu vaihtoehtoinen energialähde on tuuli. On kannattavinta sijoittaa tällaiset voimalaitokset maaseudulle, peltojen lähelle, tasangoille. Mekaaninen tuulienergia muunnetaan erityisillä generaattoreilla sähköksi. Tuuliturbiinien siivet pyörivät vastaanottaakseen tuulienergiaa, joka sitten muunnetaan käyttämämme sähköksi.

Tämän laitteen hinta ei myöskään ole julkisesti saatavilla, koska se on melko korkea. Tarvittavat ilmasto-olosuhteet löytyvät kuitenkin suuremmalta alueelta ja ovat hyväksyttävämpiä.

Tämäntyyppinen energialähde on vähemmän suosittu kuin aiemmat. Tämä johtuu siitä, että kuumat lähteet ovat melko harvinaisia ​​ja niitä ei ole paljon. Kuitenkin myös tällainen resurssi on olemassa. Tällaista energiaa tuottavien laitteiden toimintaperiaate on, että turbiineja käytetään höyryllä, minkä jälkeen sähkögeneraattorit alkavat toimia.

Alueilla, joilla on pääsy merelle tai valtamerelle, vesienergiaa käytetään usein menestyksekkäästi. Veden mekaaninen voima nousu- ja laskuveden aikana saa asemalle asennetut erikoisturbiinit pyörimään. Siten se muunnetaan sähköksi.

Tämän tyyppiset voimalaitokset eivät ole niin yleisiä. Niiden takaisinmaksukyky ei aina ole riittävän korkea, joten niiden tehokkuus ei joskus tuota todellista hyötyä.

Vetyreaktio voi olla myös eräänlainen vaihtoehtoinen energialähde. Tämän prosessin aikana voi vapautua vettä ja lämpöä ja tuottaa sähköä. Samalla tämä energiantuotantomenetelmä on ympäristöystävällinen ja sillä on korkea hyötysuhde.

Kaikki tieteellinen kehitys ja tutkimus tähtäävät pääasiassa ihmisten elämän parantamiseen. Yksi näistä alueista, joka voi merkittävästi muuttaa ihmisen olemassaoloa, on tulevaisuuden energiasektorin kehittäminen. Siksi uusien energiantuotantomenetelmien etsiminen ja käyttöönotto on erittäin tärkeä yhteiskunnan kehityksen kannalta.

Geoterminen energia ja sen käyttö. Vesivoimavarojen käyttö. Lupaavia aurinkoenergiatekniikoita. Tuuliturbiinien toimintaperiaate. Aaltojen ja virtojen energia. Vaihtoehtoisen energian tila ja kehitysnäkymät Venäjällä.

Permin osavaltion yliopisto

Filosofian ja sosiologian tiedekunta

Vaihtoehtoiset energialähteet

ja niiden käyttömahdollisuudet Venäjällä

Sosiologian laitos ja

Valtiotiede

Opiskelija: Uvarov P.A.

Ryhmä: STSG-2 kurssi

Perm, 2009

Johdanto

1 Vaihtoehtoisen energian käsite ja päätyypit

1.1 Geoterminen energia (maan lämpö)

1.2 Aurinkoenergia

1.3 Tuulienergia

1.4 Vesienergia

1.5 Aaltoenergia

1.6 Virtojen energia

2. Vaihtoehtoisen energian tila ja kehitysnäkymät Venäjällä

Johtopäätös

Luettelo käytetyistä lähteistä

Johdanto

Ei turhaan sanota: "Energia on teollisuuden leipä." Mitä kehittyneempi teollisuus ja teknologia, sitä enemmän energiaa ne tarvitsevat. On jopa erityinen käsite - "energian edistynyt kehitys". Tämä tarkoittaa, että ainuttakaan teollisuusyritystä, yhtäkään uutta kaupunkia tai vain taloa ei voida rakentaa ennen kuin niiden kuluttava energialähde on tunnistettu tai luotu uudelleen. Siksi tuotetun ja käytetyn energian määrän perusteella voidaan melko tarkasti arvioida minkä tahansa valtion tekninen ja taloudellinen voima, tai yksinkertaisemmin, rikkaus.

Luonnossa energiavarat ovat valtavat. Sitä kuljettavat auringonsäteet, tuulet ja liikkuvat vesimassat; se varastoituu puu-, kaasu-, öljy- ja hiiliesiintymiin. Aineatomien ytimiin "suljettu" energia on käytännössä rajaton. Mutta kaikki sen muodot eivät sovellu suoraan käyttöön.

Energian pitkän historian aikana on kertynyt monia teknisiä keinoja ja menetelmiä energian tuottamiseksi ja muuntamiseksi ihmisten tarvitsemiin muotoihin. Itse asiassa ihmisestä tuli ihminen vasta, kun hän oppi vastaanottamaan ja käyttämään lämpöenergiaa. Kokkojen tulen sytyttivät ensimmäiset ihmiset, jotka eivät vielä ymmärtäneet sen luonnetta, mutta tämä menetelmä kemiallisen energian muuntamiseksi lämmöksi on säilynyt ja paranneltu tuhansia vuosia.

Ihmiset lisäsivät eläinten lihasenergiaa omien lihastensa ja tulensa energiaan. He keksivät tekniikan kemiallisesti sitoutuneen veden poistamiseksi savesta käyttämällä tulikeramiikkauunien lämpöenergiaa, jossa valmistettiin kestäviä keraamisia tuotteita. Tietenkin ihminen oppi tämän prosessin aikana tapahtuvista prosesseista vasta tuhansia vuosia myöhemmin.

Sitten ihmiset keksivät myllyt - tekniikan tuulen ja tuulen energian muuntamiseksi pyörivän akselin mekaaniseksi energiaksi. Mutta vain höyrykoneen, polttomoottorin, hydrauliikka-, höyry- ja kaasuturbiinien, sähkögeneraattorin ja moottorin keksimisen myötä ihmiskunnalla oli käytettävissään riittävän tehokkaita teknisiä laitteita. Ne pystyvät muuttamaan luonnonenergiaa muuntyyppisiksi, jotka ovat käteviä käyttää ja tuottavat suuria määriä työtä. Uusien energialähteiden etsintä ei päättynyt tähän: akut, polttokennot, aurinkoenergian muuntimet ja jo 1900-luvun puolivälissä keksittiin ydinreaktorit.

Ongelma sähköenergian toimittamisesta monille maailmantalouden sektoreille, yli kuuden miljardin ihmisen jatkuvasti kasvavat tarpeet maapallolla, on nyt yhä kiireellisempi.

Nykyaikaisen maailman energian perusta ovat lämpö- ja vesivoimalaitokset. Niiden kehitystä haittaavat kuitenkin monet tekijät. Hiilen, öljyn ja kaasun, joilla lämpövoimalaitokset toimivat, hinta nousee, ja näiden polttoaineiden luonnonvarat vähenevät. Lisäksi monilla mailla ei ole omia polttoaineresursseja tai ne puuttuvat. Lämpövoimalaitoksilla sähkön tuotannossa vapautuu haitallisia aineita ilmakehään. Lisäksi jos polttoaineena käytetään kivihiiltä, ​​erityisesti ruskohiiltä, ​​jolla on vähän arvoa muuhun käyttöön ja joka sisältää runsaasti tarpeettomia epäpuhtauksia, päästöt saavuttavat valtavat mittasuhteet. Ja lopuksi, lämpövoimalaitosten onnettomuudet aiheuttavat suuria vahinkoja luonnolle, joka on verrattavissa minkä tahansa suuren tulipalon aiheuttamiin vahinkoihin. Pahimmassa tapauksessa tällaiseen tulipaloon voi liittyä räjähdys, joka tuottaa hiilipöly- tai nokipilven.

Vesivoimavarat ovat kehittyneissä maissa lähes kokonaan käytössä: suurin osa vesirakennusrakentamisen soveltuvista jokiosista on jo kehitetty. Ja mitä haittaa vesivoimalat aiheuttavat luonnolle! Vesivoimaloista ei aiheudu päästöjä ilmaan, mutta ne aiheuttavat melko paljon vahinkoa vesiympäristölle. Ensinnäkin kalat kärsivät, koska ne eivät voi voittaa vesivoiman patoja. Joilla, joille rakennetaan vesivoimaloita, varsinkin jos niitä on useita - niin sanotut vesivoimalaitoskaskadit - veden määrä ennen ja jälkeen patojen muuttuu dramaattisesti. Valtavat tekoaltaat ylivuotoa alankoisilla joilla, ja tulvineet maat menetetään peruuttamattomasti maatalouden, metsien, niittyjen ja asutuksen vuoksi. Mitä tulee vesivoimaloiden onnettomuuksiin, minkä tahansa vesivoimalaitoksen läpimurron sattuessa muodostuu valtava aalto, joka pyyhkäisee pois kaikki alla olevat vesivoimalaitosten padot. Mutta useimmat näistä padot sijaitsevat lähellä suuria kaupunkeja, joissa asuu useita satojatuhansia asukkaita.

Ulospääsy tästä tilanteesta nähtiin ydinenergian kehittämisessä. Vuoden 1989 lopussa maailmassa rakennettiin ja toimi yli 400 ydinvoimalaa (NPP). Nykyään ydinvoimaloita ei kuitenkaan enää pidetä halvan ja ympäristöystävällisen energian lähteenä. Ydinvoimalaitosten polttoaineena on uraanimalmi - kallis ja vaikeasti louhittava raaka-aine, jonka varat ovat rajalliset. Lisäksi ydinvoimalaitosten rakentamiseen ja käyttöön liittyy suuria vaikeuksia ja kustannuksia. Vain muutama maa jatkaa uusien ydinvoimaloiden rakentamista. Vakava este ydinenergian kehittämiselle on ympäristön saastuminen. Kaikki tämä vaikeuttaa entisestään suhtautumista ydinenergiaan. Yhä useammin kehotetaan luopumaan ydinpolttoaineen käytöstä kokonaan, sulkemaan kaikki ydinvoimalaitokset ja palaamaan sähkön tuotantoon lämpö- ja vesivoimalaitoksissa sekä käyttämään ns. uusiutuvaa - pientä, tai "ei-perinteinen" - energiantuotantotyypit. Jälkimmäisiin kuuluvat ensisijaisesti laitokset ja laitteet, jotka käyttävät tuulen, veden, auringon energiaa, geotermistä energiaa sekä veden, ilman ja maan sisältämää lämpöä.

1. NOINVaihtoehtoisen energian päätyypit

1.1 Geoterminen energia (lämpöä maasta)

Geoterminen energia tarkoittaa kirjaimellisesti: maapallon lämpöenergiaa. Maan tilavuus on noin 1085 miljardia kuutiokilometriä ja koko maapallolla, lukuun ottamatta ohutta maankuoren kerrosta, on erittäin korkea lämpötila.

Jos otamme huomioon myös maapallon kivien lämpökapasiteetin, käy selväksi, että geoterminen lämpö on epäilemättä suurin energianlähde, joka ihmisellä on tällä hetkellä käytettävissään. Lisäksi tämä on energiaa puhtaassa muodossaan, koska se on jo olemassa lämpönä, joten sen saamiseksi ei tarvitse polttaa polttoainetta tai luoda reaktoreita.

Joillakin alueilla luonto toimittaa geotermistä energiaa pintaan höyryn tai tulistetun veden muodossa, joka kiehuu ja muuttuu höyryksi saavuttaessaan pinnan. Luonnonhöyryä voidaan käyttää suoraan sähkön tuottamiseen. On myös alueita, joilla lähteiden ja kaivojen geotermistä vettä voidaan käyttää kotien ja kasvihuoneiden lämmittämiseen (saarivaltio Atlantin valtameren pohjoisosassa - Islanti; sekä Kamtšatka- ja Kurilisaaremme).

Yleisesti ottaen, etenkin kun otetaan huomioon maan syvän lämmön suuruus, geotermisen energian käyttö maailmassa on kuitenkin erittäin rajallista.

Sähkön tuottamiseksi geotermisellä höyryllä kiinteät aineet erotetaan höyrystä johtamalla se erottimen läpi ja lähetetään sitten turbiiniin. Tällaisen voimalaitoksen "polttoainekustannukset" määräytyvät tuotantokaivojen ja höyrynkeräysjärjestelmän pääomakustannuksista ja ovat suhteellisen alhaiset. Myös itse voimalaitoksen hinta on alhainen, koska jälkimmäisessä ei ole tulipesää, kattilalaitosta tai savupiippua. Tässä kätevässä luonnollisessa muodossa geoterminen energia on kustannustehokas sähköenergian lähde. Valitettavasti maapallolla on harvoin luonnonhöyryn tai tulistetun (eli paljon yli 100 o C lämpötilan) vesien pintapoistoaukkoja, jotka kiehuvat muodostaen riittävän määrän höyryä.

Geotermisen energian globaali bruttopotentiaali maankuoressa jopa 10 kilometrin syvyydessä on arviolta 18 000 biljoonaa. t konv. polttoainetta, mikä on 1 700 kertaa enemmän kuin maailman geologiset orgaanisen polttoaineen varat. Venäjällä maankuoren ylemmän kerroksen 3 km syvyydessä geotermiset energiavarat ovat 180 biljoonaa. t konv. polttoainetta. Vain noin 0,2 %:lla tästä potentiaalista voitaisiin kattaa maan energiatarpeet. Ainoa kysymys on näiden resurssien järkevä, kustannustehokas ja ympäristöystävällinen käyttö. Juuri siksi, että näitä ehtoja ei ole vielä täytetty, kun maahan yritetään luoda pilottilaitoksia geotermisen energian käyttöön, emme voi nykyään teollisesti kehittää niin lukemattomia energiavarastoja.

Geoterminen energia on käyttöajaltaan vanhin vaihtoehtoisen energian lähde. Vuonna 1994 maailmassa toimi 330 tällaisten asemien korttelia ja USA hallitsi täällä (168 korttelia Geysir-kentillä Geysirien laaksossa, Imperial Valleyssa jne.). Hän sijoittui toiseksi. Italia, mutta viime vuosina sen ovat ohittaneet Kiina ja Meksiko. Suurin osuus geotermisestä energiasta on Latinalaisessa Amerikassa, mutta se on silti hieman yli 1 %.

Venäjällä tässä mielessä lupaavia alueita ovat Kamtšatka ja Kuriilisaaret. 60-luvulta lähtien täysin automatisoitu Pauzhetskaya geoterminen voimalaitos, jonka kapasiteetti on 11 MW, on toiminut menestyksekkäästi Kamtšatkassa, Kurilien saarilla, saaren asemassa. Kunashir. Tällaiset asemat voivat olla kilpailukykyisiä vain alueilla, joilla sähkön myyntihinta on korkea, ja Kamtšatkassa ja Kuriilisaarilla se on erittäin korkea polttoainekuljetusten pitkien etäisyyksien ja rautateiden puutteen vuoksi.

1.2 Auringon energia

Maan pintaan pääsevän aurinkoenergian kokonaismäärä on 6,7 kertaa suurempi kuin fossiilisten polttoaineiden globaali potentiaali. Vain 0,5 prosentin käyttäminen tästä varannosta voisi kattaa täysin maailman energiantarpeen vuosituhansien ajan. Pohjoiseen Aurinkoenergian tekninen potentiaali Venäjällä (2,3 miljardia tonnia perinteistä polttoainetta vuodessa) on noin 2 kertaa suurempi kuin nykyinen polttoaineen kulutus.

Maan pinnalle viikossa saapuvan aurinkoenergian kokonaismäärä ylittää kaikkien maailman öljy-, kaasu-, hiili- ja uraanivarantojen energian. Ja Venäjällä aurinkoenergialla on suurin teoreettinen potentiaali, yli 2000 miljardia tonnia polttoaineekvivalenttia (toe). Huolimatta niin suuresta potentiaalista Venäjän uudessa energiaohjelmassa, uusiutuvien energialähteiden osuus vuodelle 2005 määräytyy hyvin pienessä määrässä - 17-21 miljoonaa tce. Laajalle on levinnyt käsitys, että aurinkoenergia on eksoottista ja sen käytännön käyttö on kaukaisen tulevaisuuden (vuoden 2020 jälkeen). Tässä artikkelissa näytän, että näin ei ole ja että aurinkoenergia on vakava vaihtoehto perinteiselle energialle jo tällä hetkellä.

Tiedetään, että joka vuosi maapallo kuluttaa yhtä paljon öljyä kuin se muodostuu luonnollisissa olosuhteissa 2 miljoonassa vuodessa. Uusiutumattomien energiavarojen valtavat kulutussuhteet suhteellisen alhaisin hinnoin, jotka eivät heijasta yhteiskunnan todellisia kokonaiskustannuksia, tarkoittavat olennaisesti lainalla elämistä, lainaa tulevilta sukupolvilta, jotka eivät saa energiaa näin halvalla. Aurinkotalon energiaa säästävät tekniikat ovat hyväksyttävimpiä niiden käytön taloudellisen tehokkuuden kannalta. Niiden käyttö vähentää energiankulutusta kodeissa jopa 60 %. Esimerkki näiden teknologioiden menestyksekkäästä soveltamisesta on "2000 aurinkokattoa" -hanke Saksassa. Yhdysvalloissa aurinkoenergialla toimivia vedenlämmittimiä, joiden kokonaiskapasiteetti on 1 400 MW, on asennettu 1,5 miljoonaan kotiin.

Kun aurinkovoimalan (SPP) hyötysuhde on 12%, kaikki nykyaikainen sähkönkulutus Venäjällä voidaan saada SPP:stä, jonka aktiivinen pinta-ala on noin 4000 neliömetriä, mikä on 0,024% alueesta.

Maailman käytännöllisimpiä sovelluksia ovat aurinkoenergialla toimivat hybridivoimalat, joiden parametrit ovat: hyötysuhde 13,9%, höyryn lämpötila 371 astetta C, höyrynpaine 100 bar, tuotetun sähkön hinta 0,08-0,12 dollaria/kWh, kokonaisteho USA:ssa 400 MW hintaan 3 dollaria/W. Aurinkovoimalaitos toimii huipputilassa sähköjärjestelmän 1 kWh:n myyntihinnalla: 8 - 12 tuntia - 0,066 dollaria ja 12 - 18 tuntia - 0,353 dollaria Aurinkovoimalaitoksen hyötysuhde voidaan nostaa 23:een % - keskitehoiset voimalaitokset, ja sähkön hinta laskee sähkön ja lämmön yhteistuotannon ansiosta.

Tämän projektin tärkein teknologinen saavutus on saksalaisen Flachglass Solartechnik GMBH -yrityksen luoma teknologia lasin parabolisylinterimäisen rikastimen, jonka pituus on 100 m ja jonka aukko on 5,76 m, optinen hyötysuhde 81 % ja käyttöikä, tuotantoa varten. 30 vuoden ajalta. Kun otetaan huomioon tällaisen peilitekniikan saatavuus Venäjällä, aurinkovoimaloita kannattaa valmistaa massatuotantona eteläisillä alueilla, joissa on kaasuputkia tai pieniä kaasuesiintymiä ja suora auringon säteily ylittää 50 % kokonaismäärästä.

VIESKh ehdotti pohjimmiltaan uudenlaisia ​​holografiatekniikkaa käyttäviä aurinkorikasteita.

Sen tärkeimmät ominaisuudet ovat aurinkovoimaloiden positiivisten ominaisuuksien yhdistäminen modulaariseen keskusvastaanottimeen ja kyky käyttää vastaanottimena sekä perinteisiä höyrylämmittimiä että piipohjaisia ​​aurinkokennoja.

Yksi lupaavimmista aurinkoenergiatekniikoista on aurinkosähköasemien luominen piipohjaisilla aurinkokennoilla, jotka muuttavat auringon säteilyn suorat ja hajakomponentit sähköenergiaksi 12-15 prosentin hyötysuhteella. Laboratorionäytteiden hyötysuhde on 23 %. Maailmanlaajuinen aurinkokennojen tuotanto ylittää 50 MW vuodessa ja kasvaa vuosittain 30 %. Aurinkokennojen nykyinen tuotantotaso vastaa niiden käytön alkuvaihetta valaistukseen, veden nostoon, tietoliikenneasemiin, kodinkoneiden virransyöttöön tietyillä alueilla ja ajoneuvoissa. Aurinkokennojen hinta on 2,5-3 dollaria/W, kun taas sähkön hinta on 0,25-0,56 dollaria/kWh. Aurinkovoimajärjestelmät korvaavat petrolilamput, kynttilät, kuivakennot ja paristot sekä merkittävällä etäisyydellä sähköjärjestelmästä ja pientehosta dieselsähkögeneraattoreita ja voimalinjoja.

1.3 Tuulivoima

Nähdessään, mitä tuhoa myrskyt ja hurrikaanit voivat tuoda, ihmiset miettivät pitkään, onko tuulienergiaa mahdollista käyttää.

Muinaiset persialaiset rakensivat yli 1,5 tuhatta vuotta sitten ensimmäisiä tuulimyllyjä, joissa oli kankaasta valmistetut siivet-purjeet. Myöhemmin tuulimyllyjä parannettiin. Euroopassa he eivät vain jauheneet jauhoja, vaan myös pumppasivat vettä ja murskasivat voita, kuten esimerkiksi Hollannissa. Ensimmäinen sähkögeneraattori suunniteltiin Tanskassa vuonna 1890. 20 vuoden kuluttua maassa oli jo toiminnassa satoja vastaavia laitteistoja.

Tuulivoima on erittäin voimakasta. Sen varannot ovat Maailman ilmatieteen järjestön arvioiden mukaan 170 biljoonaa kWh vuodessa. Tätä energiaa voidaan saada ympäristöä saastuttamatta. Mutta tuulella on kaksi merkittävää haittapuolta: sen energia on hyvin hajallaan avaruudessa ja se on arvaamaton - se muuttaa usein suuntaa, äkillisesti laantuu jopa maapallon tuulisimmilla alueilla ja joskus saavuttaa sen voimakkuuden, että tuulimyllyt rikkoutuvat.

Ympäri vuorokauden ja säällä ulkona toimivien tuuliturbiinien rakentaminen, huolto ja korjaus eivät ole halpoja. Vesivoimalaitoksen, lämpövoimalaitoksen tai ydinvoimalaitoksen kanssa samantehoisen tuulivoimalaitoksen tulee olla niihin verrattuna suurempi. Lisäksi tuulivoimalat eivät ole vaarattomia: ne häiritsevät lintujen ja hyönteisten lentoa, aiheuttavat melua, heijastavat radioaaltoja pyörivillä siipillä, häiritsevät televisio-ohjelmien vastaanottoa läheisillä asutuilla alueilla.

Tuuliturbiinien toimintaperiaate on hyvin yksinkertainen: tuulen voimasta pyörivät siivet siirtävät mekaanista energiaa akselin kautta sähkögeneraattoriin. Se puolestaan ​​tuottaa sähköenergiaa. Osoittautuu, että tuulivoimalat toimivat kuin akkukäyttöiset leluautot, vain niiden toimintaperiaate on päinvastainen. Sen sijaan, että tuulienergia muuttaisi sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi, se muuttuu sähkövirraksi.

Tuulienergian saamiseksi käytetään erilaisia ​​​​malleja: moniteräiset "daisies"; potkurit, kuten lentokoneen potkurit, joissa on kolme, kaksi tai jopa yksi lapa (silloin siinä on vastapaino); pystysuorat roottorit, jotka muistuttavat tynnyriä, leikattu pituussuunnassa ja asennettu akselille; eräänlainen "päällä seisova" helikopterin potkuri: sen siipien ulkopäät on taivutettu ylöspäin ja kytketty toisiinsa. Pystyrakenteet ovat hyviä, koska ne tarttuvat tuuleen mistä tahansa suunnasta. Loput joutuvat kääntymään tuulen mukana.

Tuulen vaihtelun kompensoimiseksi rakennetaan valtavia "tuulipuistoja". Tuulivoimalat seisovat riveissä suuressa tilassa ja toimivat yhdessä verkossa. Tuuli saattaa puhaltaa "tilan" toisella reunalla, kun taas toisella on samaan aikaan hiljaista. Tuulivoimaloita ei saa sijoittaa liian lähelle, jotta ne eivät peitä toisiaan. Siksi maatila vie paljon tilaa. Tällaisia ​​tiloja on Yhdysvalloissa, Ranskassa, Englannissa ja Tanskassa Pohjanmeren matalille rannikkovesille sijoitettiin "tuulipuisto": siellä se ei häiritse ketään ja tuuli on vakaampi kuin maalla.

Vähentääkseen riippuvuutta tuulen muuttuvasta suunnasta ja voimakkuudesta järjestelmään kuuluu tuulenpuuskia osittain tasoittavat vauhtipyörät sekä erilaisia ​​akkuja. Useimmiten ne ovat sähköisiä. Mutta niissä käytetään myös ilmaa (tuulimylly pumppaa ilmaa sylintereihin; sieltä ulos tullessa sen tasainen virta pyörittää turbiinia sähkögeneraattorilla) ja hydrauliikkaa (tuulen voimalla vesi nousee tietylle korkeudelle ja putoaa alas , pyörittää turbiinia). Myös elektrolyysiakut on asennettu. Tuulimylly tuottaa sähkövirtaa, joka hajottaa veden hapeksi ja vedyksi. Ne varastoidaan sylintereihin ja poltetaan tarpeen mukaan polttokennossa (eli kemiallisessa reaktorissa, jossa polttoaineen energia muunnetaan sähköksi) tai kaasuturbiinissa, joka taas vastaanottaa virtaa, mutta ilman siihen liittyviä voimakkaita jännitteen vaihteluita. tuulen oikkujen kanssa.

Maailmassa on nyt toiminnassa yli 30 tuhatta eri tehoista tuuliturbiinia. Saksa saa 10 % sähköstään tuulella, ja kaikkialla Länsi-Euroopassa tuuli tuottaa 2 500 MW sähköä. Tuulipuistojen maksaessa itsensä takaisin ja niiden suunnittelun parantuessa ilmasähkön hinta laskee. Niinpä vuonna 1993 Ranskassa tuulipuistossa tuotetun sähkön 1 kWh:n hinta oli 40 senttiä ja vuonna 2000 se laski 1,5-kertaiseksi. Totta, ydinvoimalaitosenergia maksaa vain 12 senttiä 1 kWh:lta.

1.4 Veden energia

Meren rannoilla vedenpinta muuttuu kolme kertaa vuorokauden aikana. Tällaiset vaihtelut ovat erityisen havaittavissa mereen virtaavien jokien lahdissa ja suistoissa. Muinaiset kreikkalaiset selittivät vedenpinnan vaihtelut merten hallitsijan Poseidonin tahdolla. 1700-luvulla Englantilainen fyysikko Isaac Newton selvitti vuorovesien mysteerin: Kuun ja Auringon painovoimat ohjaavat valtavia vesimassoja maailman valtamerissä. 6 tunnin 12 minuutin välein vuorovesi vaihtuu laskuvedeksi. Vuorovesien enimmäisamplitudi planeettamme eri paikoissa ei ole sama ja vaihtelee välillä 4-20 metriä.

Yksinkertaisen vuorovesivoimalaitoksen (TPP) perustamiseen tarvitset uima-altaan - padontun lahden tai joen suuaukon. Padolla on rummut ja asennettu turbiinit. Nousuveden aikaan vesi virtaa altaaseen. Kun altaan ja meren vedenpinnat ovat samat, rumpujen portit ovat kiinni. Laskuveden alkaessa meren vedenpinta laskee, ja kun paine on riittävä, siihen kytketyt turbiinit ja sähkögeneraattorit alkavat toimia, ja vesi poistuu vähitellen altaalta. Vuorovesivoimalaitoksen rakentamista pidetään taloudellisesti kannattavana alueille, joilla merenpinnan vuorovesivaihtelut ovat vähintään 4 m. Vuorovesivoimalaitoksen suunnittelukapasiteetti riippuu vuoroveden luonteesta alueella, jolle asemaa rakennetaan, vuorovesi-altaan tilavuudesta ja pinta-alasta sekä padon runkoon asennettujen turbiinien lukumäärästä.

Kaksitoimisissa vuorovesivoimalaitoksissa turbiinit toimivat siirtämällä vettä merestä altaaseen ja takaisin. Kaksitoiminen PES pystyy tuottamaan sähköä jatkuvasti 4-5 tuntia 1-2 tunnin tauoilla neljä kertaa päivässä. Turbiinien käyttöajan pidentämiseksi on olemassa monimutkaisempia järjestelmiä - kahdella, kolmella tai useammalla altaalla, mutta tällaisten projektien kustannukset ovat erittäin korkeat.

Ensimmäinen vuorovesivoimalaitos, jonka kapasiteetti on 240 MW, käynnistettiin vuonna 1966 Ranskassa Englannin kanaaliin laskevan Rance-joen suulla, jossa keskimääräinen vuorovesiamplitudi on 8,4 m. 24 TPP-vesivoimalaitosta tuottavat keskimäärin 502 miljoonaa kW vuodessa. tunnin sähköä. Tälle asemalle on kehitetty vuorovesikapseliyksikkö, joka mahdollistaa kolme suoraa ja kolme käänteistä toimintatilaa: generaattorina, pumppuna ja rummuna, mikä varmistaa TPP:n tehokkaan toiminnan. Asiantuntijoiden mukaan Rance-joen lämpövoimalaitos on taloudellisesti perusteltu, vuotuiset käyttökustannukset ovat alhaisemmat kuin vesivoimalaitoksilla ja ovat 4 % pääomasijoituksista. Voimalaitos on osa Ranskan energiajärjestelmää ja sitä käytetään tehokkaasti.

Vuonna 1968 Barentsinmerellä, lähellä Murmanskia, otettiin käyttöön pilottiteollisuusvoimalaitos, jonka suunnittelukapasiteetti oli 800 kW. Sen rakennuspaikka, Kislaya Guba, on kapea lahti, leveys 150 m ja pituus 450 m. Vaikka Kislogubskajan voimalaitoksen teho on pieni, sen rakentaminen oli tärkeää vuorovesienergian käytön jatkotutkimukselle ja kehitystyölle.

Valkoisella merellä, jossa vuoroveden amplitudi on 7-10 m, on suuria 320 MW:n (Kuola) ja 4000 MW:n (Mezenskaja) voimalaitoksia. Suunnitelmissa on myös hyödyntää Meren valtavaa potentiaalia. Okhotsk, jossa paikoin, esimerkiksi Penzhinskaja-lahdella, vuorovesikorkeus on 12,9 m ja Gizhiginskaya Bayssa 12-14 m.

Työtä tällä alueella tehdään myös ulkomailla. Vuonna 1985 Kanadan Fundyn lahdella otettiin käyttöön vuorovesivoimala, jonka kapasiteetti on 20 MW (vuorovesiamplitudi on täällä 19,6 m). Kiinaan on rakennettu kolme pientä vuorovesivoimalaa. Isossa-Britanniassa 1000 MW:n vuorovesivoimalaitoshanketta kehitetään Severn Estuaryssa, jossa keskimääräinen vuorovesiamplitudi on 16,3 m

Ympäristön näkökulmasta PES:llä on kiistaton etu öljyä ja hiiltä polttaviin lämpövoimaloihin verrattuna. Suotuisat edellytykset vuorovesienergian laajemmalle käytölle liittyvät mahdollisuuteen käyttää äskettäin luotua Gorlov-putkea, joka mahdollistaa vuorovesivoimaloiden rakentamisen ilman patoja, mikä vähentää niiden rakennuskustannuksia. Ensimmäiset patoamattomat voimalaitokset suunnitellaan rakentavan tulevina vuosina Etelä-Koreaan.

1.5. Aaltoenergiaa

Neuvostoliiton tiedemies K.E. hahmotteli ajatuksen sähkön tuottamisesta meren aalloista jo vuonna 1935. Tsiolkovski.

Aaltoenergia-asemien toiminta perustuu aaltojen vaikutukseen työkappaleisiin, jotka on valmistettu kellukkeiden, heilurien, terien, kuorien jne. muodossa. Niiden liikkeiden mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi sähkögeneraattoreiden avulla. Kun poiju heiluu aaltoa pitkin, vedenpinta sen sisällä muuttuu. Tämän seurauksena ilma joko poistuu tai tulee sisään. Mutta ilman liikkuminen on mahdollista vain ylemmän reiän kautta (tämä on poijun rakenne). Ja sinne on asennettu turbiini, joka pyörii aina yhteen suuntaan, riippumatta siitä, mihin suuntaan ilma liikkuu. Melko pienetkin 35 cm korkeat aallot saavat turbiinin kehittämään yli 2000 rpm. Toinen asennustyyppi on kiinteä mikrovoimalaitos. Ulkoisesti se näyttää laatikolta, joka on asennettu tukiin matalassa syvyydessä. Aallot tunkeutuvat laatikkoon ja ajavat turbiinia. Ja täällä hyvin pieni aallokko riittää toimimaan. Tasainen aaltoilee 20 cm korkeita hehkulamppuja, joiden kokonaisteho on 200 W.

Tällä hetkellä aaltoenergialaitteistoja käytetään autonomisten poijujen, majakoiden ja tieteellisten instrumenttien voimanlähteenä. Matkan varrella suuria aaltoasemia voidaan käyttää offshore-porauslauttojen, avotien ja merikulttuuritilojen aaltosuojaukseen. Aaltoenergian teollinen käyttö alkoi. Ympäri maailmaa noin 400 majakkaa ja navigointipoijua käyttää aaltolaitteistoja. Intiassa Madrasin sataman kelluva majakka toimii aaltoenergialla. Vuodesta 1985 lähtien Norjassa on toiminut maailman ensimmäinen teollisuusaaltoasema, jonka teho on 850 kW.

Aaltovoimaloiden luomisen määrää optimaalinen valtameren vesialueen valinta, jolla on vakaa aaltoenergian tarjonta, aseman tehokas suunnittelu, joka sisältää sisäänrakennetut laitteet epätasaisen aaltojärjestelmän tasoittamiseksi. Uskotaan, että aaltoasemat voivat toimia tehokkaasti käyttämällä noin 80 kW/m tehoa. Kokemus olemassa olevien laitosten käytöstä on osoittanut, että niiden tuottama sähkö on edelleen 2-3 kertaa perinteistä kalliimpaa, mutta tulevaisuudessa sen kustannusten odotetaan laskevan merkittävästi.

Pneumaattisilla muuntimilla varustetuissa aaltoasennuksissa aaltojen vaikutuksesta ilmavirta muuttaa ajoittain suuntaaan vastakkaiseen suuntaan. Näihin olosuhteisiin kehitettiin Wells-turbiini, jonka roottorilla on tasasuuntaava vaikutus, joka pitää pyörimissuunnan muuttumattomana ilmavirran suuntaa vaihdettaessa, joten myös generaattorin pyörimissuunta pysyy muuttumattomana. Turbiinia on käytetty laajasti erilaisissa aaltovoimalaitoksissa.

Aaltovoimalaitos "Kaimei" ("Sea Light") - tehokkain toimiva pneumaattisilla muuntimilla varustettu voimalaitos - rakennettiin Japaniin vuonna 1976. Se käyttää työssään jopa 6-10 m korkeita aaltoja. Proomulla 80 m pitkä, 12 m leveä m ja uppouma 500 tonnia, asennetaan 22 ilmakammiota, jotka ovat auki pohjasta. Jokainen kammiopari käyttää yhtä Wells-turbiinia. Laitoksen kokonaisteho on 1000 kW. Ensimmäiset testit suoritettiin vuosina 1978-1979. lähellä Tsuruokaa. Energia välitettiin rantaan noin 3 km pitkällä vedenalaisella kaapelilla. Vuonna 1985 rakennettiin kahdesta laitoksesta koostuva teollisuusaaltoasema Norjaan, 46 km Bergenin kaupungista luoteeseen. Ensimmäinen asennus Toftestallenin saarella toimi pneumaattisella periaatteella. Se oli kallioon haudattu teräsbetonikammio; Sen yläpuolelle asennettiin terästorni, jonka korkeus oli 12,3 mm ja halkaisija 3,6 m. Kammioon saapuvat aallot aiheuttivat muutoksen ilmamäärässä. Tuloksena oleva virtaus venttiilijärjestelmän läpi pyöritti turbiinia ja siihen liittyvää generaattoria 500 kW:n teholla, vuositeho oli 1,2 miljoonaa kW. h. Vuoden 1988 lopun talvimyrskyssä asematorni tuhoutui. Uuden teräsbetonitornin hanke on kehitteillä.

Toisen asennuksen suunnittelu koostuu noin 170 m pitkästä rotkossa olevasta kartion muotoisesta kanavasta, jonka pohjassa on 15 m korkeat ja 55 m leveät betoniseinät. pato voimalaitoksella. Kapenevan kanavan läpi kulkevat aallot nostavat korkeustaan ​​1,1 metristä 15 metriin ja virtaavat altaaseen, jonka korkeus on 3 m merenpinnan yläpuolella. Säiliöstä vesi kulkee matalapaineisten hydrauliturbiinien läpi, joiden teho on 350 kW. Asema tuottaa vuosittain jopa 2 miljoonaa kWh sähköä.

Ja Isossa-Britanniassa kehitetään alkuperäistä "simpukka" -tyyppisen aaltoenergialaitoksen suunnittelua, jossa pehmeitä kuoria - kammioita - käytetään työosina. Ne sisältävät ilmaa, jonka paine on hieman korkeampi kuin ilmanpaine. Aaltojen noustessa kammiot puristuvat kokoon, jolloin muodostuu suljettu ilmavirta kammioista asennuskehykseen ja takaisin. Kaivon ilmaturbiinit sähkögeneraattoreilla asennetaan virtausreitille. Parhaillaan ollaan luomassa kokeellista kelluvaa asennusta, jossa on 6 kammiota, jotka on asennettu 120 m pitkälle ja 8 m korkealle rungolle.Odotettavissa oleva teho on 500 kW. Jatkokehitys osoitti, että suurin vaikutus saavutetaan asettamalla kamerat ympyrään. Skotlannissa 12 kammiosta ja 8 turbiinista koostuvaa laitteistoa testattiin Loch Nessillä. Tällaisen asennuksen teoreettinen teho on jopa 1200 kW.

Aaltolautan suunnittelu patentoitiin ensimmäisen kerran Neuvostoliitossa jo vuonna 1926. Vuonna 1978 valtamerivoimaloiden kokeellisia malleja, jotka perustuivat vastaavaan ratkaisuun, testattiin Isossa-Britanniassa. Kokkerel-aaltolauta koostuu saranoiduista osista, joiden liike suhteessa toisiinsa välittyy sähkögeneraattoreilla varustettuihin pumppuihin. Koko rakenne pysyy paikallaan ankkureilla. Kolmiosainen Kokkerel-aaltolauta, joka on 100 m pitkä, 50 m leveä ja 10 m korkea, voi tuottaa jopa 2 000 kW tehoa.

Neuvostoliitossa aaltolautamallia testattiin 70-luvulla. Mustallamerellä. Sen pituus oli 12 m, kellukkeiden leveys 0,4 m. 0,5 m korkeilla ja 10 - 15 m pituisilla aalloilla laitteisto kehitti 150 kW tehoa.

Projekti, joka tunnetaan nimellä Salter duck, on aaltoenergian muunnin. Työrakenne on kelluke ("ankka"), jonka profiili lasketaan hydrodynamiikan lakien mukaan. Hankkeessa on tarkoitus asentaa suuri määrä suuria kellukkeita, jotka on asennettu peräkkäin yhteiselle akselille. Aaltojen vaikutuksesta kellukkeet alkavat liikkua ja palaavat alkuperäiseen asentoonsa oman painonsa voimalla. Tässä tapauksessa pumput aktivoidaan akselin sisällä, joka on täytetty erityisesti valmistetulla vedellä. Halkaisijaltaan erilaisten putkien järjestelmän kautta syntyy paine-ero, joka ohjaa turbiineja kellukkeiden väliin ja nostetaan merenpinnan yläpuolelle. Tuotettu sähkö välitetään merenalaisen kaapelin kautta. Kuormien jakamiseksi tehokkaammin akselille tulee asentaa 20–30 kelluketta. Vuonna 1978 testattiin laitteiston mallia, joka koostui 20 kellukkeesta, joiden halkaisija oli 1 m. Kehittynyt teho oli 10 kW. Tehokkaammalle asennukselle on kehitetty projekti 20 - 30 kpl, halkaisijaltaan 15 m, akselille asennettuna, pituus 1200 m. Laitoksen arvioitu teho on 45 tuhatta kW. Brittein saarten länsirannikolle asennetut vastaavat järjestelmät voisivat täyttää Ison-Britannian sähköntarpeet.

1.6 Virtojen energia

Voimakkaimmat merivirrat ovat potentiaalinen energialähde. Nykyinen teknologian taso mahdollistaa virtojen energian poimimisen yli 1 m/s virtausnopeuksilla. Tässä tapauksessa teho 1 m 2 virtauspoikkileikkauksesta on noin 1 kW. Vaikuttaa lupaavalta käyttää sellaisia ​​voimakkaita virtauksia kuin Golfvirta ja Kuroshio, jotka kuljettavat vastaavasti 83 ja 55 miljoonaa kuutiometriä vettä jopa 2 m/s nopeudella, ja Florida Current (30 miljoonaa kuutiometriä/s, nopeutta 1,8 m/s).

Merienergian kannalta kiinnostavat virrat Gibraltarin salmessa, Englannin kanaalissa ja Kurilien salmessa. Virtausten energiaa käyttävien valtamerivoimaloiden rakentamiseen liittyy kuitenkin edelleen useita teknisiä vaikeuksia, pääasiassa suurten, merenkulkua uhkaavien voimalaitosten rakentamiseen.

Coriolis-ohjelmassa on tarkoitus asentaa 242 turbiinia, joissa on kaksi halkaisijaltaan 168 m:n juoksupyörää, jotka pyörivät vastakkaisiin suuntiin Floridan salmeen, 30 km Miamin kaupungista itään. Pari juoksupyörää on sijoitettu onttoon alumiinikammioon, joka antaa turbiinille kelluvuutta. Tehokkuuden lisäämiseksi pyörän terien oletetaan olevan melko joustavia. Koko Coriolis-järjestelmä, jonka kokonaispituus on 60 km, suunnataan päävirtausta pitkin; sen leveys turbiineilla, jotka on järjestetty 22 riviin, joissa kussakin on 11 turbiinia, on 30 km. Yksiköt on tarkoitus hinata asennuspaikalle ja haudata 30 metrin päähän, jotta ne eivät häiritse navigointia.

Sen jälkeen kun suurin osa eteläisestä tuulivirrasta tulee Karibianmerelle ja Meksikonlahdelle, vesi palaa sieltä Atlantin valtamerelle Floridanlahden kautta. Virran leveys tulee minimaaliseksi - 80 km. Samalla se kiihdyttää liikettä 2 m/s. Kun Antillien virtaus vahvistaa Florida-virtausta, veden virtaus saavuttaa maksiminsa. Kehitetään voima, joka on aivan riittävä saattamaan liikkeelle lakaisuterillä varustetun turbiinin, jonka akseli on kytketty sähkögeneraattoriin. Seuraava on virran siirto vedenalaisen kaapelin kautta rantaan.

Turbiinin materiaali on alumiinia. Käyttöikä - 80 vuotta. Hänen pysyvä paikkansa on veden alla. Veden pintaan nostaminen on vain ennaltaehkäisevää korjausta varten. Sen toiminta on käytännössä riippumaton upotussyvyydestä ja veden lämpötilasta. Terät pyörivät hitaasti, jolloin pienet kalat voivat uida vapaasti turbiinin läpi. Mutta suuri sisäänkäynti on suljettu turvaverkolla.

Amerikkalaiset insinöörit uskovat, että tällaisen rakenteen rakentaminen on jopa halvempaa kuin lämpövoimaloiden rakentaminen. Ei tarvitse pystyttää rakennusta, rakentaa teitä tai järjestää varastoja. Ja käyttökustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat.

Kunkin turbiinin nettoteho, ottaen huomioon käyttökustannukset ja häviöt maalle siirron aikana, on 43 MW, mikä tyydyttää Floridan osavaltion (USA) tarpeet 10 %.

Ensimmäinen tällaisen turbiinin prototyyppi, jonka halkaisija oli 1,5 m, testattiin Floridan salmessa. Suunnitelma on myös kehitetty turbiinille, jonka siipipyörä on halkaisijaltaan 12 m ja teho 400 kW.

2 Vaihtoehtoisen energian tila ja kehitysnäkymät Venäjällä

Perinteisen polttoaineenergian osuus globaalista energiataseesta pienenee jatkuvasti ja korvautuu uusiutuviin energialähteisiin perustuvalla ei-perinteisellä vaihtoehtoisella energialla. Eikä vain sen taloudellinen hyvinvointi, vaan myös riippumattomuus ja kansallinen turvallisuus riippuu siitä, kuinka nopeasti tämä tapahtuu tietyssä maassa.

Uusiutuvien energialähteiden tilannetta Venäjällä, kuten lähes kaikessa maassamme, voidaan kutsua ainutlaatuiseksi. Näiden lähteiden, joita voidaan käyttää jo nykyisellä teknisellä tasolla, reservit ovat valtavat. Tässä yksi arvioista: auringon säteilyenergia - 2300 miljardia TTY (tonnia standardipolttoainetta); tuuli - 26,7 miljardia TOE, biomassa - 10 miljardia TOE; Maan lämpö - 40000 miljardiaTU; pienet joet - 360 miljardia; meret ja valtameret - 30 miljardia. Nämä lähteet ylittävät reilusti Venäjän nykyisen energiankulutuksen (1,2 miljardia TEU:ta vuodessa). Kaikesta tästä käsittämättömästä runsaudesta ei kuitenkaan voida edes sanoa, että muruja käytetään - mikroskooppisia määriä. Kuten koko maailmassa, tuulivoima on kehittynein uusiutuvan energian tyyppi Venäjällä. Vielä 1930-luvulla. Maassamme valmistettiin useita erilaisia ​​tuuliturbiineja, joiden teho oli 3-4 kW, mutta 1960-luvulla. niiden tuotanto lopetettiin. Neuvostoliiton viimeisinä vuosina hallitus kiinnitti jälleen huomiota tähän alueeseen, mutta sillä ei ollut aikaa toteuttaa suunnitelmiaan. Kuitenkin vuodesta 1980 vuoteen 2006. Venäjä on kehittänyt suuren tieteellisen ja teknisen varannon (mutta Venäjällä on vakava viive uusiutuvien energialähteiden käytännön käytössä). Nykyään Venäjällä toimivien, rakenteilla olevien ja käyttöönotettavien tuulivoimaloiden ja tuulipuistojen kokonaiskapasiteetti on 200 MW. Venäläisten yritysten valmistamien yksittäisten tuuliturbiinien teho vaihtelee välillä 0,04 - 1000,0 kW. Mainitsemme esimerkkinä useita tuuliturbiinien ja tuulipuistojen kehittäjiä ja valmistajia. Moskovassa LLC SKTB Iskra tuottaa tuulivoimaloita M-250, joiden teho on 250 W. Dubnassa Moskovan alueella State Design Bureau "Raduga" -yritys valmistaa helposti asennettavia 750 W, 1 kW ja 8 kW tuulivoimaloita; Pietarin tutkimuslaitos Elektropribor valmistaa 500 W:n tuuliturbiineja.

Kiovassa vuodesta 1999 WindElectric tutkimus- ja tuotantoryhmä valmistaa kotimaisia ​​tuulivoimaloita WE-1000, joiden teho on 1 kW. Ryhmän asiantuntijat ovat kehittäneet ainutlaatuisen monisiipisen, universaalin nopean ja täysin äänettömän pienikokoisen turbiinin, joka käyttää tehokkaasti mitä tahansa ilmavirtaa.

Khabarovsk "Company LMV Wind Energy" tuottaa tuulipuistoja, joiden kapasiteetti on 0,25-10 kW, jälkimmäiset voidaan yhdistää järjestelmiin, joiden kapasiteetti on jopa 100 kW. Vuodesta 1993 Yritys on kehittänyt ja valmistanut 640 tuulivoimalaa. Suurin osa niistä on asennettu Siperiaan, Kaukoitään, Kamtšatkaan, Tšukotkaan. Tuulivoimaloiden käyttöikä on 20 vuotta millä tahansa ilmastovyöhykkeellä. Yritys toimittaa myös aurinkopaneeleja, jotka toimivat tuulivoimaloiden yhteydessä (tällaisten tuulivoimaloiden teho vaihtelee 50 W - 100 kW).

Tuulivoimavaroista Venäjällä lupaavimpia alueita ovat Jäämeren rannikko, Kamtšatka, Sahalin, Tšukotka, Jakutia sekä Suomenlahden rannikko, Musta ja Kaspianmeri. Korkeat keskimääräiset vuotuiset tuulennopeudet, keskitettyjen sähköverkkojen alhainen saatavuus ja runsaasti käyttämättömiä alueita tekevät näistä alueista lähes ihanteellisia tuulienergian kehittämiselle. Tilanne on samanlainen aurinkoenergian kanssa. Maamme alueelle viikossa toimitettu aurinkoenergia ylittää kaikkien Venäjän öljy-, kivi-, kaasu- ja uraaniresurssien energian. Tällä alueella on mielenkiintoista kotimaista kehitystä, mutta niille ei ole valtiontukea, joten aurinkosähkömarkkinoita ei ole. Aurinkopaneelien tuotantomäärä mitataan kuitenkin megawatteina. Vuonna 2006 noin 400 MW. On olemassa taipumus jonkin verran nousuun. Ulkomailta tulleet ostajat ovat kuitenkin osoittaneet suurempaa kiinnostusta aurinkokennoja valmistavien eri tutkimus- ja tuotantoyhdistysten tuotteisiin, venäläisille ne ovat edelleen kalliita; erityisesti siksi, että kiteisten kalvoelementtien valmistukseen tarvittavat raaka-aineet on tuotava ulkomailta (neuvostoaikana piin tuotantolaitokset sijaitsivat Kirgisiassa ja Ukrainassa) Aurinkoenergian suotuisimmat käyttöalueet Venäjällä ovat Pohjois-Kaukasia , Stavropolin ja Krasnodarin alueet, Astrahanin alue, Kalmykia, Tuva, Burjatia, Chitan alue, Kaukoitä.

Suurimmat saavutukset aurinkoenergian käytössä on havaittu lämmönjakelujärjestelmien luomisessa litteillä aurinkokeräimillä. Ensimmäinen paikka Venäjällä tällaisten järjestelmien toteutuksessa on Krasnodarin alueella, jossa viime vuosina nykyisen alueellisen energiansäästöohjelman mukaisesti on noin sata suurta aurinkoenergian kuumavesijärjestelmää ja monia pieniä yksittäiseen käyttöön tarkoitettuja asennuksia. rakennettu. Aurinkoenergialaitteistot tilojen lämmitykseen ovat saaneet eniten kehitystä Krasnodarin alueella ja Burjatian tasavallassa. Burjatiassa erilaiset teollisuus- ja sosiaalitilat - sairaalat, koulut, Elektromashina-tehdas jne. sekä yksityiset asuinrakennukset on varustettu aurinkokeräimillä, joiden kapasiteetti on 500-3000 litraa kuumaa vettä (90-100 celsiusastetta) kohti. päivä. Suhteellisesti enemmän huomiota kiinnitetään maalämpövoimaloiden kehittämiseen, jotka ovat energiajohtajillemme ilmeisesti tutumpia ja saavuttavat suurempia kapasiteettia ja sopivat siten paremmin tavanomaiseen energiagigantismin käsitteeseen. Asiantuntijat uskovat, että Kamtšatkan ja Kuriilisaarten geotermiset energiavarat voivat tarjota jopa 1000 MW:n voimalaitoksia.

Takaisin vuonna 1967 Kamtšatkaan rakennettiin Pauzhetskaya geoterminen voimalaitos, jonka kapasiteetti on 11,5 MW. Se oli maailman viides geoterminen voimalaitos. Vuonna 1967 Paratunkan geoterminen voimalaitos otettiin käyttöön - ensimmäinen maailmassa, jossa on binaarinen Rankine-kierto. Tällä hetkellä Mutnovskajan geoterminen voimalaitos, jonka teho on 200 MW, rakennetaan Kalugan turbiinilaitoksen valmistamilla kotimaisilla laitteilla. Tehdas aloitti myös moduulilohkojen sarjatuotannon geotermiseen sähkön ja lämmön tuotantoon. Tällaisten lohkojen avulla Kamtšatka ja Sahalin voidaan toimittaa lähes kokonaan sähköllä ja lämmöllä geotermisistä lähteistä. Stavropolin ja Krasnodarin alueilla on saatavilla geotermisiä lähteitä, joilla on melko suuri energiapotentiaali. Nykyään maalämpöjärjestelmien osuus on 3 miljoonaa Gcal/vuosi.

Asiantuntijoiden mukaan lukemattomien tämäntyyppisten energiavarantojen vuoksi geotermisten resurssien järkevää, kustannustehokasta ja ympäristöystävällistä käyttöä ei ole ratkaistu, mikä estää niiden teollisen kehityksen perustamisen. Esimerkiksi louhittuja maalämpövesiä käytetään barbaarisella tavalla: käsittelemätöntä jätevettä, joka sisältää useita vaarallisia aineita (elohopea, arseeni, fenolit, rikki jne.), johdetaan ympäröiviin vesistöihin, mikä aiheuttaa korjaamatonta vahinkoa luonnolle. Lisäksi kaikki maalämpöjärjestelmien putkistot hajoavat nopeasti geotermisen vesien korkean mineralisoitumisen vuoksi. Siksi geotermisen energian käyttötekniikka on uudistettava radikaalisti.

Nyt Venäjän johtava geotermisten voimalaitosten tuotantoyritys on Kalugan turbiinitehdas ja JSC Nauka, jotka ovat kehittäneet ja valmistavat modulaarisia geotermisiä voimalaitoksia, joiden teho on 0,5-25 MW. Kamchatkan geotermisen energiahuollon luomisohjelma on kehitetty ja aloitettu toteuttamaan, minkä seurauksena noin 900 tuhatta säästetään vuosittain. TÄSSÄ. Kubanissa hyödynnetään 10 geotermistä vesiesiintymää. Vuosille 1999-2000 Alueen lämpövoimavedetuotannon taso oli noin 9 miljoonaa m3, mikä mahdollisti jopa 65 tuhannen TEU:n säästön. Kalugan turbiinitehtaalle luotu Turbocon-yritys on kehittänyt erittäin lupaavan teknologian, jonka avulla on mahdollista saada sähköä kuumasta vedestä, joka haihtuu paineen alaisena ja pyörittää turbiinia, joka on varustettu tavanomaisten siipien sijaan erityisillä suppiloilla - ns. Laval-suuttimet. Tällaisten, vesihöyryturbiineiksi kutsuttujen laitteistojen edut ovat vähintään kaksinkertaiset. Ensinnäkin ne mahdollistavat geotermisen energian täydellisemmän käytön. Tyypillisesti energian tuottamiseen käytetään vain geotermistä höyryä tai geotermiseen veteen liuenneita palavia kaasuja, kun taas hydrohöyryturbiinilla kuumaa vettä voidaan käyttää myös suoraan energian tuottamiseen. Toinen mahdollinen uuden turbiinin käyttökohde on sähkön tuottaminen kaupunkien lämpöverkoissa lämmönkuluttajien palaavasta vedestä. Nyt tämän veden lämpö menee hukkaan, kun taas se voisi tarjota kattilataloille itsenäisen sähkönlähteen.

Maan sisältä tuleva lämpö ei voi ainoastaan ​​päästää ilmaan geysirien suihkulähteitä, vaan myös lämmittää koteja ja tuottaa sähköä. Kamtšatka, Chukotka, Kuriilisaaret, Primorsky Territory, Länsi-Siperia, Pohjois-Kaukasus, Krasnodarin ja Stavropolin alueet sekä Kaliningradin alueella ovat suuret geotermiset resurssit. Korkealaatuinen lämpölämpö (yli 100 celsiusastetta höyry-vesi-seos) mahdollistaa suoran sähköntuotannon.

Tyypillisesti höyry-vesi lämpöseos uutetaan 2-5 km syvyyteen poratuista kaivoista. Jokainen kaivo pystyy tuottamaan 4-8 MW sähkötehoa noin 1 km2:n geotermiseltä kenttäalueelta. Samalla ympäristösyistä tarvitaan myös kaivoja geotermisen jäteveden pumppaamiseksi säiliöön.

Tällä hetkellä Kamtšatkassa toimii 3 geotermistä voimalaitosta: Pauzhetskaya GeoPP, Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ja Mutnovskaya GeoPP. Näiden geotermisten voimalaitosten kokonaiskapasiteetti on yli 70 MW. Tämä mahdollistaa 25 % alueen sähköntarpeen tyydyttämisen ja vähentää riippuvuutta kalliin tuontipolttoöljyn hankinnasta.

Sahalinin alueella saarella. Kunashir otti käyttöön Mendelejevskajan geotermisen voimalaitoksen ensimmäisen 1,8 MW:n yksikön ja GTS-700:n, jonka kapasiteetti on 17 Gcal/h. Suurin osa huonolaatuisesta geotermisestä energiasta käytetään lämmön muodossa asunto- ja kunnallispalveluissa sekä maataloudessa. Näin ollen Kaukasiassa geotermisillä vesillä lämmitettävien kasvihuoneiden kokonaispinta-ala on yli 70 hehtaaria. Moskovaan on rakennettu ja menestyksekkäästi toimiva kokeellinen monikerroksinen rakennus, jossa kuumaa vettä kotitalouksien tarpeisiin lämmitetään käyttämällä maapallon heikkolaatuista lämpöä.

Lopuksi on mainittava myös pienet vesivoimalat. Tilanne niiden kanssa on suhteellisen hyvä suunnittelukehityksen suhteen: pienten vesivoimaloiden laitteita valmistetaan tai ne ovat valmiita tuotantoon monissa energiateollisuuden yrityksissä, joissa on erilaisia ​​hydrauliturbiineja - aksiaaliset, radiaali-aksiaaliset, potkurit , diagonaali, ämpäri. Samaan aikaan kotimaisissa yrityksissä valmistettujen laitteiden kustannukset ovat edelleen merkittävästi maailmanhintatasoa alhaisemmat. Kubanissa joelle rakennetaan kahta pientä vesivoimalaa (SHPP). Beshenka Krasnaya Polyanan kylän alueella Sotshissa ja Krasnodarin lämpövoimalan teknisen vesihuollon kiertojärjestelmän purkaminen. Krasnodarin altaaseen on tarkoitus rakentaa pieni vesivoimala, jonka kapasiteetti on 50 MW. Leningradin alueen pienten vesivoimalaitosten järjestelmän kunnostaminen on alkanut. 1970-luvulla siellä yli 40 tällaista asemaa lopetti toimintansa alueen sähkönjakelun vahvistamiskampanjan seurauksena. Lyhytnäköisen gigantomanian hedelmät on korjattava nyt, kun pienten energialähteiden tarve on tullut selväksi.

Johtopäätös

On huomattava, että Venäjällä ei vielä ole lakeja, jotka sääntelevät vaihtoehtoista energiaa ja edistäisivät sen kehitystä. Aivan kuten ei ole olemassa rakennetta, joka suojelisi vaihtoehtoisen energian etuja. Esimerkiksi atomienergiaministeriö on erikseen mukana ydinenergiassa. Hallitukselle suunnitellaan raporttia uusiutuvien energialähteiden kehittämistä koskevan liittovaltion lakiehdotuksen tarpeen perusteluista ja konseptin kehittämisestä. Raportin valmistelusta vastaa neljä ministeriötä: energiaministeriö, elinkeinoministeriö, teollisuus- ja tiedeministeriö sekä oikeusministeriö. Ei tiedetä, milloin he sopivat.

Jotta toimiala kehittyisi nopeasti ja täysipainoisesti, laissa on säädettävä uusiutuvista lähteistä energiaa tuottavia laitteita valmistaville yrityksille verohelpotuksia (esimerkiksi arvonlisäverokannan alentaminen vähintään 10 prosenttiin). Myös sertifiointi- ja lisensointikysymykset ovat tärkeitä (ensisijaisesti laitteiden osalta), koska uusiutuvan energian prioriteetin on täytettävä myös laatuvaatimukset.

Vaihtoehtoisten energiantuotantomenetelmien kehittämistä vaikeuttavat perinteisten energialähteiden tuottajat ja kaivostyöläiset: heillä on vahva valta-asema ja mahdollisuus puolustaa etujaan. Vaihtoehtoinen energia on edelleen varsin kallista verrattuna perinteiseen energiaan, koska lähes kaikki valmistusyritykset valmistavat asennuksia koe-erissä hyvin pieninä määrinä ja ovat siten erittäin kalliita. Massatuotannon järjestäminen ja laitosten sertifiointi vaativat merkittäviä investointeja, jotka puuttuvat kokonaan. Valtion tuki voisi auttaa vähentämään kustannuksia. Tämä on kuitenkin ristiriidassa perinteisten hiilivetypolttoaineiden tuotantoon perustuvien yritysten etujen kanssa. Kukaan ei tarvitse ylimääräistä kilpailua.

Tästä johtuen uusiutuvien lähteiden ensisijainen käyttö ja vaihtoehtoisten energialähteiden kehittäminen ovat etusijalla lähinnä niillä alueilla, joilla tämä on ilmeisin ratkaisu olemassa oleviin energiaongelmiin. Venäjällä on merkittäviä tuulivoimavaroja, myös niillä alueilla, joilla ei ole keskitettyä sähkönsyöttöä - Jäämeren rannikolla, Jakutia, Kamtšatka, Chukotka, Sahalin, mutta näilläkään alueilla ei juuri yritetä ratkaista energiaongelmia tällä alueella. tapa.

Vaihtoehtoisen energian jatkokehitystä käsitellään "Venäjän energiastrategiassa vuoteen 2020 asti". Vaihtoehtoisen energiateollisuutemme luvut ovat erittäin alhaiset, tehtävät minimaaliset, joten käännekohtaa Venäjän energiasektorilla ei voi odottaa. Vuoteen 2020 mennessä vaihtoehtoisten energialähteiden avulla on tarkoitus säästää alle 1 % kaikista polttoaineresursseista. Venäjä valitsee ydinteollisuuden "energiastrategiansa" painopisteeksi "maan energiasektorin tärkeimmäksi osaksi".

Viime aikoina on otettu askeleita kohti vaihtoehtoisen uusiutuvan energian kehittämistä. Energiaministeriö on aloittanut neuvottelut ranskalaisten kanssa yhteistyönäkymistä vaihtoehtoisen energian alalla. Yleisesti voidaan todeta, että vaihtoehtoisen energian tila ja kehitysnäkymät seuraavan 10-15 vuoden aikana vaikuttavat yleisesti ottaen valitettavilta.

Luettelo käytetyistä lähteistä

1. Kopylov V.A. Teollisuuden maantiede Venäjällä ja IVY-maissa. Opastus. – M.: Markkinointi, 2001 – 184 s.

2. Vidyapin M.V., Stepanov M.V. Venäjän talousmaantiede. – M.: Infra – M., 2002 – 533 s.

3. Morozova T.G. Venäjän talousmaantiede - 2. painos, toim. - M.: UNITI, 2002 - 471 s.

4. Arustamov E.A. Levakova I.V. Barkalova N.V. Ympäristöjohtamisen ekologiset perusteet. M. Ed. "Dashkov ja K." 2002.

5. V. Volodin, P. Khazanovsky Energia, 21. vuosisata.-M 1998

6. A. Goldin "Energian valtameret". M: UNITY 2000

7. Popov V. Biosfääri ja sen suojelun ongelmat. Kazan. 1981.

8. Rahilin V. yhteiskunta ja luonto. M. Science. 1989.

9. Lavrus V.S. Energialähteet K: NiT, 1997

10. E. Berman. Geoterminen energia - Moskova: Mir, 1978.

11. L. S. Yudasin. Energia: ongelmia ja toiveita. M: YKSITYISYYS. 1999.