Использование новых или альтернативных источников энергии

Для человечества очень важно искать новые возобновляемые ресурсы. Первоначальной причиной использования альтернативных источников энергии является сокращение выбросов парниковых газов и токсичных веществ, образующихся при сжигании нефти, газа и нефтепродуктов. Наша планета и ее жители уже давно страдают. Человечество безжалостно использует невозобновляемые или почти возобновляемые ресурсы для обогрева, освещения, транспортировки, питания. Эти действия нарушают хрупкое экологическое равновесие планеты.

В природе запасы энергии огромны. Он переносится солнечными лучами, ветрами и движущимися массами воды, хранится в древесине, залежах газа, нефти, угля. Практически неограниченная энергия, «запечатанная» в ядрах атомов материи. Но не все его формы пригодны для непосредственного использования.

За долгую историю энергетики накоплено много технических инструментов и методов, а также методов генерации энергии и ее преобразования в формы, необходимые людям. Фактически, человек стал человеком, только если научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь был начат первыми людьми, которые еще не поняли его природу, но этот метод преобразования химической энергии в тепло сохранялся и совершенствовался в течение тысячелетий.

Люди добавляли животную энергию мышц в свои собственные мышцы и энергию огня. Они изобрели технику удаления химически связанной воды из глины с помощью тепла из керамических печей, которые производили прочные керамические изделия. Конечно, люди знали процессы, происходящие в этом случае только тысячелетия спустя.

Затем люди пришли на мельницы - техника для преобразования энергии ветра и ветра в механическую энергию от вращающегося дерева. Но только благодаря изобретению парового двигателя, двигателя внутреннего сгорания, гидравлических, паровых и газовых турбин, электрического генератора и двигателя человечество получило достаточно мощные технические устройства. 

В течение всего периода развития цивилизации шла борьба за поиск новых, более эффективных форм энергии. На протяжении тысячелетий путь огневого мастерства шел к использованию контролируемой ядерной реакции на атомных электростанциях. Поэтому в истории человечества принято идентифицировать разные энергетические революции, заключающиеся в переходе от одного первичного первичного источника энергии к другому. Результаты этих изменений повлияли не только на сферу энергетики и экономики, но также изменили социальное и культурное лицо цивилизации.

В настоящее время мировая энергетика находится на распутье. С ростом населения Земли экономика все больше требует энергии, и запасы ископаемого топлива, на которых основана традиционная энергия, не безграничны. Увеличение стоимости ископаемого топлива усугубляется тем фактом, что использование углеводородов, которое достигло огромных масштабов, наносит значительный ущерб окружающей среде, что сказывается на качестве жизни населения. Это означает, что в будущем спрос на энергию, а значит и на новые способы ее получения, будет только возрастать. На смену эре углеводородов (нефти и газа), придет эра использования альтернативной, чистой энергии.

Основные причины, указывающие на важность быстрого перехода к МЭА:

Глобально-экологический: сегодня факт вредного воздействия на окружающую среду традиционных технологий производства энергии (в том числе ядерных и термоядерных) на окружающую среду хорошо известен и доказан, их использование неизбежно приведет к катастрофическим изменениям климата в мире. первые десятилетия 21 века.

Политика: страна, которая будет первой, кто полностью овладеет альтернативными источниками энергии, сможет претендовать на чемпионат мира и фактически диктовать цену топливным ресурсам.

Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетическом секторе позволит сэкономить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии из многих альтернативных источников уже ниже стоимости энергии из традиционных источников, а срок окупаемости строительства альтернативных электростанций намного короче.

Общее количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, в 6,7 раза превышает глобальный потенциал ресурсов ископаемого топлива. Использование всего 0,5% этого запаса могло бы полностью покрыть мировой спрос на энергию на протяжении тысячелетий. На севере. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. Тонн условного топлива в год) примерно вдвое превышает текущий расход топлива.

Общее количество солнечной энергии, которая поступает на поверхность Земли через неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. А в России солнечная энергия имеет наибольший теоретический потенциал, более 2000 миллиардов тонн условного топлива (тфу). Несмотря на столь большой потенциал в новой энергетической программе России, вклад возобновляемых источников энергии на 2005 год определен в очень небольшом объеме - от 17 до 21 миллиона тонн условного топлива. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование-дело отдаленного будущего (после 2020г). 

Известно, что каждый год в мире используется столько нефти, сколько добывается в естественных условиях за 2 миллиона лет. Гигантские темпы потребления невозобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, которые не отражают реальных общих затрат общества, означают, прежде всего, кредитование по кредитам, кредитам будущих поколений, которые не будут иметь доступа к энергии по такой низкой цене. Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются наиболее приемлемыми благодаря экономической эффективности их использования. Их использование позволит снизить потребление энергии в домах до 60%. Примером успешного применения этих технологий является проект «2000 солнечных крыш» в Германии. В Соединенных Штатах солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. Домов.

Все типы солнечных систем используют солнечную радиацию в качестве альтернативного источника энергии. Солнечное излучение может использоваться как для теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии.

Энергия ветра очень высокая. Его запасы, по оценкам Всемирной Метеорологической Организации, составляют 170 трлн кВтч в год. Эта энергия может быть получена без загрязнения окружающей среды. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия очень рассеянна в пространстве и непредсказуема: он часто меняет направление, внезапно успокаивается даже в самых ветреных регионах земного шара и иногда достигает такой силы, что ветряные мельницы ломаются.

Строительство, обслуживание и ремонт ветряных турбин, которые работают 24 часа в сутки при любой погоде на открытом воздухе, не из дешевых. Ветряная электростанция той же мощности, что и гидроэлектростанция, теплоэлектростанция или атомная электростанция, по сравнению с ними, должна занимать большую площадь. Кроме того, ветряные электростанции не безвредны: они мешают полету птиц и насекомых, создают шум, отражают радиоволны вращающимися лопастями, мешают приему телевизионных передач в близлежащих населенных пунктах.

Принцип работы ветряных турбин очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, передают механическую энергию к генератору через вал. Это в свою очередь создает электрическую энергию. Оказывается, ветряные электростанции работают как игрушечные машинки на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра преобразует электрический ток.

Для получения энергии ветра используются различные конструкции: многолистные «ромашки»; Гребные винты, как воздушные винты с тремя, двумя и даже одним лезвием (тогда он имеет груз противовеса); вертикальные роторы, напоминающие бочку, вырезанную вдоль и установленную на оси; своего рода «стоящий в конце» вертолетного винта: внешние концы его лопастей загнуты вверх и соединены друг с другом. Вертикальные конструкции хороши тем, что они улавливают ветер во всех направлениях. Остальные должны повернуться на ветру.

Ветряные электростанции (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых странах Западной Европы (например, в Дании, где таким образом производится 25% всей электроэнергии). Ветроэнергетика является очень перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций этого типа.

Биоэнергия позволяет различным видам биотоплива получать энергию и тепло. Биоэнергетика в настоящее время активно развивается. Крупные промышленные и сельскохозяйственные предприятия активно переходят на биотопливо, что позволяет им получать электроэнергию и тепло из органических отходов.

Альтернативные источники энергии не включают все виды биотоплива: традиционные дрова также являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо может быть твердым (древесные и сельскохозяйственные отходы), жидким (биодизельное топливо и биомасса, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразным (водород, метан, биогаз).

Основными преимуществами являются утилизация органических отходов, снижение загрязнения окружающей среды. Биотопливо производится из различного сырья, такого как навоз, отходы от сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не скоро закончатся. Биотопливо снижает выбросы парниковых газов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают угарный газ, что делает систему биотоплива еще более устойчивой.

Биотопливо довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «плотностью энергии», его можно использовать с небольшими изменениями в существующих технологиях и инфраструктуре.

К недостаткам использования биотоплива относятся:

- ограничения по региональной пригодности (в некоторых районах просто невозможно выращивать биотопливо, например, в районах с холодным или засушливым климатом).

Океаны накапливают энергию в различных формах: энергия биомассы, энергия приливов, энергия океанских течений, тепловая энергия и т. Д. Проблема состоит в том, чтобы найти экономически и экологически приемлемые способы ее использования. По прогнозным оценкам, доступная часть энергии Мирового океана во много раз превышает уровень потребления всех энергоресурсов в мире.

По данным Ocean Energy Systems, к 2050 году с помощью таких технологий можно будет производить 300 ГВт - это будет 250 ядерных реакторов. А Carbon Trust Великобритании прогнозирует, что к этому времени глобальный рынок энергии приливов на сумму 126 миллиардов фунтов стерлингов уже будет создан.

В Японии они протестировали устройство, которое генерирует электричество от океанских течений. Инсталляционные испытания проводились на юго-западе префектуры Кагосима. Потоки Кагосимы постоянны по силе и направлению. Экспериментальный генератор турбины был установлен на уровне 20-50 м ниже уровня воды. Генератор развил производство электроэнергии только 30 кВт. Конечно, это немного, но главное, что изобретение работает. Ученые считают, что этот метод генерации электроэнергии может быть более стабильным, чем солнечная энергия. Организация по разработке новых энергетических и промышленных технологий NEDO надеется внедрить эту технологию в промышленное использование к 2020 году.

В Соединенных Штатах они извлекают энергию из волн.

Ученые из Технологического института Джорджии разработали устройство, которое преобразует энергию океана из очень широкого диапазона частот в электричество. Энергия океанской волны - наименее развитый сектор чистой энергии. Хотя океан обладает потенциалом для обеспечения энергией всего мира, до сих пор не существует экономически жизнеспособного способа его добычи. Основная проблема заключается в том, что океанские волны нестабильны и колеблются на низких частотах, в то время как большинство генерирующих устройств работают лучше всего при постоянной амплитуде и высокой частоте.

Огромное количество тепловой энергии хранится в недрах Земли. Это потому, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические районы, горячие источники воды или пара. Сторонники геотермальной энергии также предлагают использовать энергию этих геотермальных источников в качестве альтернативного источника. Геотермальные источники используются по-разному. Некоторые источники используются для теплоснабжения, другие - для выработки электроэнергии из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных подземных вод, а также вулканы. В настоящее время гидротермальная энергия с использованием энергии горячих подземных источников встречается чаще. Гидротермальная энергия, основанная на использовании «сухого» тепла недр Земли, в настоящее время развита слабо; Основная проблема заключается в низкой рентабельности этого метода генерации энергии.

Преимущества геотермальных источников энергии включают неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

Атмосферное электричество может быть еще одним важным источником чистой энергии. В нижних слоях земной атмосферы происходят интенсивные процессы испарения, переноса тепла и влаги, образования облаков, сопровождающиеся явлениями электрификации. В результате на поверхности Земли напряженность электростатического поля достигает 100 ... 150 В / м летом и до 300 В / м зимой, что значительно меняет погодные условия. Положительный объемный заряд около 0,57 млн. Кулонов постоянно находится в атмосфере. Энергетический ресурс заряженной атмосферы оценивается примерно в 107 ГВт, что не менее чем в 250 раз превышает энергетические потребности человеческой цивилизации.

Образование электрической энергии в атмосфере и использование электричества, произведенного естественным путем, тревожили умы многих ученых на протяжении веков. Все началось со знаменитого эксперимента Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком и экспериментально доказал, что бури имеют электрический характер. В 1850-х и 1860-х годах они получили патенты на изобретения в области атмосферного электричества, Лумис и Уорд в США, Франция. Среди тех, кто мечтал победить и использовать атмосферное электричество в качестве практически неисчерпаемого источника энергии, был известный изобретатель Никола Тесла, который предложил способ преобразования высокого атмосферного постоянного напряжения в низкую переменную. В Финляндии г-н Плаузон провел эксперименты с баллонами, изготовленными из тонких листов магниево-алюминиевого сплава, покрытых очень острыми электролитическими иглами. В 1920-х годах он получил патенты из США, Великобритании и Германии на свои устройства.

К сожалению, не все предлагаемые грандиозные устройства получили широкое практическое применение из-за их размера, непрактичности, опасности и, прежде всего, нестабильности подавленной мощности, которая полностью зависит от «электрического времени». " в воздухе. Как бы то ни было, интерес к изучению атмосферного электричества не уменьшился, и в последние годы были достигнуты значительные успехи.