Нетрадиционные источники энергии

     Неожиданные проявления и применения. Реально работающие ветроагрегаты обнаружили ряд отрицательных явлений. Например, распространение ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные звуковые колебания. Появление экспериментального ветродвигателя на Оркнейских островах (Англия) в 1986 году вызвало многочисленные жалобы от телезрителей ближайших населенных пунктов. В итоге около ветростанции был построен телевизионный ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной турбины были выполнены из стеклопластика, который не отражает и не поглощает радиоволны. Помехи создавал стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов молний. Они отражали и рассеивали ультракоротковолновый сигнал. Отраженный сигнал смешивался с прямым, идущим от передатчика, и создавал на экранах помехи.

Построенная в 1980 году в городке Бун (США) ветроэлектростанция, дающая 2 тысячи киловатт, действовала  безотказно, но вызывала нарекания  жителей городка. Во время работы ветряка в окнах дребезжали стекла, и звенела посуда на полках. Было установлено, что шестидесятиметровый  винт при определенной скорости вращения издавал инфразвук. Он не ощущается  человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и небезопасен  для человека. После доработки  лопастей от инфразвуковых колебаний  удалось избавиться.  
 
 

2.ЭНЕРГИЯ  СОЛНЦА.

     Проблема  утилизации экологически чистой и притом «дармовой солнечной энергии  волнует человечество с незапамятных времен, но только недавно успехи в  этом направлении позволили начать формировать реальный, развивающийся  рынок солнечной энергетики. К  настоящему времени основными способами  прямой утилизации солнечной энергии  являются преобразование ее в электрическую  и тепловую. Устройства, преобразующие  солнечную энергию в электрическую, называются фотоэлектрическими или  фотовольтаическими, а приборы, преобразующие  солнечную энергию в тепловую, - термическими. В последнее время  все большее распространение получают так называемые гибридные или как их еще называют комбинированные системы, сочетающие в себе функции фотовольтаических и термических устройств. Отличительной особенностью гибридных систем является возможность их функционирования в автономном режиме, без подключения к централизованным энергосистемам. В литературе все три типа приборов называются гелиосистемами. Сейчас, суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт. 

     2.1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ  СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

     Существует  два основных направления в развитии солнечной энергетики: решение глобального  вопроса снабжения энергией и  создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение конкретных локальных задач.

     Эти преобразователи, в свою очередь, также  делятся на две группы; высокотемпературные  и низкотемпературные.

     В преобразователях первого типа солнечные  лучи концентрируются на небольшом  участке, температура которого поднимется до 3000°С. Такие установки уже существуют. Они используются, например, для  плавки металлов.

     Самая многочисленная часть солнечных  преобразователей работает при гораздо  меньших температурах – порядка 100-200°С. С их помощью подогревают  воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят  пищу. Сконцентрированным солнечным  теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время.

     Солнечные установки практически не требуют  эксплуатационных расходов, не нуждаются  в ремонте и требуют затрат лишь на их сооружение и поддержание  в чистоте. Работать они могут  бесконечно. 

     2.2.КОНЦЕНТРАТОРЫ  СОЛНЕЧНОГО СВЕТА

     С детства многие помнят, что с помощью  собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны в  изготовлении.

     Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью  вогнутого зеркала. Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью  вогнутого зеркала. Если в фокус  зеркала поместить трубу с  водой, то она нагреется. Таков принцип  действия солнечных преобразователей прямого действия.

     Наиболее  эффективно их можно использовать в  южных широтах, но и в средней  полосе они находят применение. Зеркала  в установках используются либо традиционные – стеклянные, либо из полированного  алюминия.

Водонагреватель. Водонагреватель предназначен для снабжения горячей водой, в основном, индивидуальных хозяйств. Устройство состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-50° с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа либо для других бытовых нужд. Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт/ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60-70°. КПД установки – 40%.

Тепловые  концентраторы. Каждый, кто хоть раз бывал в теплицах, знает, как резко отличаются условия внутри нее от окружающих: Температура в ней выше. Солнечные лучи почти беспрепятственно проходят сквозь прозрачное покрытие и нагревают почву, растения, стены, конструкцию крыши. В обратном направлении тепло рассеивается мало из-за повышенной концентрации углекислого газа. По сходному принципу работают и тепловые концентраторы.

     Это – деревянные, металлические, или  пластиковые короба, с одной стороны  закрытые одинарным или двойным  стеклом. Внутрь короба для максимального  поглощения солнечных лучей вставляют  волнистый металлический лист, окрашенный в черный цвет. В коробе нагревается  воздух или вода, которые периодически или постоянно отбираются оттуда с помощью вентилятора или  насоса. 

2.3.ГЕЛИОСИСТЕМЫ НА ШИРОТЕ 60°

     Одним из лидеров практического использования  энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование “Солар-91” и осуществляемая под лозунгом “За энергонезависимую Швейцарию!”, вносит заметный вклад в решение экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.

     Программа “Солар-91” осуществляется практически  без поддержки государственного бюджета, в основном, за счет добровольных усилий и средств отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов.

     Гелиоустановку  на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-3 кВт, монтируют  на крышах и фасадах зданий. Она  занимает примерно 20-30 квадратных метров. Такая установка вырабатывает в  год в среднем 2000 кВт/ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения  бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов  электромобиля. Дневной избыток  энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы, энергия может быть бесплатно  возвращена владельцу гелиоустановки.

     Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может  покрыть потребности предприятия  в энергии на 50-70%. В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.

     Опыт  эксплуатации свидетельствует, что  Солнце уже в состоянии обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране. Гелиоустановки, располагаясь на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях  не требуют для размещения дорогостоящей  сельскохозяйственной или городской  территории.

     Современная концепция использования солнечной  энергии наиболее полно выражена при строительстве корпусов завода оконного стекла в Арисдорфе, где  солнечным панелям общей мощностью 50 кВт еще при проектировании была отведена дополнительная роль элементов  перекрытия и оформления фасада.

     КПД кремниевых фотопреобразователей при  сильном нагреве заметно снижается  и, поэтому, под солнечными панелями проложены вентиляционные трубопроводы для прокачки наружного воздуха. Нагретый воздух работает как теплоноситель  коллекторных устройств. Темно-синие, искрящиеся на солнце фотопреобразователи  на южном и западном фасадах административного  корпуса, отдавая в сеть 9 кВт электроэнергии, исполняют роль декоративной облицовки. 

3. ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ  ЗЕМЛИ.

     Издавна люди знают о стихийных проявлениях  гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно  превышает мощность самых крупных  энергетических установок, созданных  руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических  извержений говорить не приходится - нет  пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная  доля этой неисчерпаемой энергии  находит выход через огнедышащие  жерла вулканов.

     Энергетика  земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты  Земли. Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый  источник энергии.

     Так, например, маленькая европейская  страна Исландия- "страна льда" в  дословном переводе - полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы  получают энергию от тепла земли - других местных источников энергии  в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами  горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из- под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет  в использовании тепла подземных  источников, жители этой маленькой  северной страны эксплуатируют подземную  котельную очень интенсивно.

Столица - Рейкьявик, в которой проживает  половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают  люди энергию из глубин земли. Уже  давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще  маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке  Лардерелло, названном так в честь  французского инженера Лардерелли, который  еще в 1827 году составил проект использования  многочисленных в этом районе горячих  источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые  агрегаты, использовались новые источники  горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт. 
 
 

4.ЭНЕРГИЯ  МИРОВОГО ОКЕАНА

     Известно, что запасы энергии в Мировом  океане колоссальны, ведь две трети  земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны: акватория Тихого океана составляет 180 млн. кв. км, Атлантического – 93 млн. кв. км, Индийского – 75 млн. кв. км. Так, тепловая энергия, соответствующая  перегреву поверхностных вод  океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

     Происходящее  весьма быстрое истощение запасов  ископаемых топлив, использование которых  к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды, заставляет ученых и инженеров уделять все  большее внимание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и  безвредных источников энергии, в том  числе и энергии в Мировом  океане.

     Широкая общественность еще не знает, что  поисковые работы по извлечению энергии  из морей и океанов приобрели  в последние годы в ряде стран  уже довольно большие масштабы и  что их перспективы становятся все  более обещающими.

Океан таит в себе несколько различных  видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др. 

     4.1. ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ