Нетрадиционные источники энергии

     Веками  люди размышляли над причиной морских  приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные волны таят в себе огромный энергетический потенциал – 3 млрд. кВт.

     Наиболее  очевидным способом использования  океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Энергию приливов на протяжении веков человек использовал для приведения в действие мельниц и лесопилок. Но с появлением парового двигателя она была предана забвению до середины 60-х годов, когда были пущены первые ПЭС во Франции и СССР.

     С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции  на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой  отдачей 540 тыс. кВтч. В СССР инженером  Л.Б.Бернштейном был разработан удобный  способ постройки блоков ПЭС, буксируемых  на плаву в нужные места. Его идеи были проверены на ПЭС, построенной  в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска. Сейчас создан проект Мезенской ПЭС на Белом море, мощностью 11,4 ГВт.

     К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию  волн и температурного градиента. Энергия  ветровых волн суммарно оценивается  в 2,7 млрд. кВт в год. Опыты показали, что ее следует использовать не у  берега, куда волны приходят ослабленными, а в открытом море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых  акваториях волновая энергия достигает  значительной концентрации: в США  и Японии – около 40 кВт на метр волнового фронта, а на западном побережье Великобритании – даже 80 кВт на 1 метр. Использование этой энергии, хотя и в местных масштабах, уже начато в Великобритании и Японии. 

4.2.ЭНЕРГИЯ ОКЕАНСКИХ ТЕЧЕНИЙ

     Не  так давно группа ученых океанологов  обратила внимание на тот факт, что  Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использовать этот поток  теплой воды была весьма заманчивой.

     Возможно  ли это? Смогут ли гигантские турбины  и подводные пропеллеры, напоминающие ветряные мельницы, генерировать электричество, извлекая энергию из течений и  воли? "Смогут" - таково в 1974 году было заключение

     Комитета  Мак-Артура, находящегося под эгидой Национального управления по исследованию океана и атмосферы в Майами (Флорида). Общее мнение заключалось в том, что имеют место определенные проблемы, но все они могут быть решены в случае выделения ассигнований, так как "в этом проекте нет  ничего такого, что превышало бы возможности современной инженерной и технологической мысли". 
 

4.3.ТЕРМАЛЬНАЯ  ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА

     Большое внимание приобрела "океанотермическая  энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение  электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми  насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в  замкнутом цикле турбины таких  легкоиспаряющихся жидкостей как  пропан, фреон или аммоний.

     Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 27^о C. На глубине в 2000 футов (600 метров) температура падает до 2-4^о С. Возникает вопрос: есть ли возможность использовать разницу температур для получения энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить электричество? Да, и это возможно.

     Принцип действия этих станций заключается  в следующем: теплую морскую воду (24-32^оС направляют в теплообменник, где жидкий аммиак или фреон превращаются в пар, который вращает турбину, а затем поступает в следующий теплообменник для охлаждения и конденсации водой с температурой 5-6^оС, поступающей с глубины 200-500 метров. Получаемую электроэнергию передают на берег по подводному кабелю, но ее можно использовать и на месте (для обеспечения добычи минерального сырья со дна или его выделения из морской воды). Достоинство подобных установок – возможность их доставки в любой район Мирового океана. К тому же, разность температур различных слоев океанической воды – более стабильный источник энергии, чем, скажем, ветер, Солнце, морские волны или прибой. Первая такая установка была пущена в 1981 году на острове Науру. Единственный недостаток таких станций – их географическая привязанность к тропическим широтам. Для практического использования температурного градиента наиболее пригодны те районы Мирового океана, которые расположены между 20^ос.ш. и 29^ою.ш., где температура воды у поверхности океана достигает, как правило, 27-28^оС, а на глубине 1 километр имеет всего 4-5^оС. 

4.4.ВНУТРЕННЯЯ  ЭНЕРГИЯ МОЛЕКУЛ ВОДЫ

     Конечно, доступ к запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет великолепные возможности, но (по крайней мере, пока) электричество  не поднимает в небо самолеты, не будет двигать легковые и грузовые автомобили и автобусы, не поведет  корабли через моря. Однако самолеты и легковые автомобили, автобусы и  грузовики могут приводиться  в движение газом, который можно  извлекать из воды, а уж воды-то в  морях достаточно.

     Этот  газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород - один из наиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к "водородной энергетике" будущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре 423 градуса по Фаренгейту (-20^оС).

     Его можно хранить и в твердом  виде после соединения с железо-титановым  сплавом или с магнием для  образования металлических гидридов. После этого их можно легко  транспортировать и использовать по мере необходимости.

     Еще в 1847 году французский писатель Жюль Верн, опередивший свое время, предвидел  возникновение такой водородной экономики. В своей книге "Таинственный остров" он предсказывал, что в будущем люди научатся использовать воду в качестве источника для получения топлива. "Вода, - писал он, - представит неиссякаемые запасы тепла и света". Со времен Жюля Верна были открыты методы извлечения водорода из воды. Один из наиболее перспективных из них - электролиз воды. (Через воду пропускается электрический ток, в результате чего происходит химический распад. Освобождаются водород и кислород, а жидкость исчезает.) В 60-е годы специалистам из НАСА удалось столь успешно осуществить процесс электролиза воды и столь эффективно собирать высвобождающийся водород, что получаемый таким образом водород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

     Таким образом, в океане, который составляет 71 процент поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и приливов; энергия  химических связей газов, питательных  веществ, солей и других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую можно  получать, используя разницу температур воды океана на поверхности и в  глубине, и их можно преобразовать  в стандартные виды топлива. Такие  количества энергии, многообразие ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка. В то же время не возникает необходимости  зависеть от одного - двух основных источников энергии, какими, например, являются давно  использующиеся ископаемые виды топлива  и ядерного горючего, методы получения  которого были разработаны недавно.

     Более того, в миллионах прибрежных деревень и селений, не имеющих сейчас доступа  к энергосистемам, будет тогда  возможно улучшить жизненные условия  людей. Жители тех мест, где на море бывает сильное волнение, смогут конструировать и использовать установки для  преобразования энергии волн. Живущие  вблизи узких прибрежных заливов, куда во время приливов с ревом врывается  вода, смогут использовать эту энергию. Для всех остальных людей энергия  океана в открытом водном пространстве будет преобразовываться в метан, водород или электричество, а  затем передаваться на сушу по кабелю или на кораблях. И вся эта энергия  таится в океане испокон веков.

     При современных темпах научно-технического прогресса существенные сдвиги в  океанской энергетике должны произойти  в ближайшие десятилетия.

     Некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже  в настоящее время. Вместе с тем  следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность  научно-инженерных работников улучшат  существующие и создадут новые перспективы  для промышленного использования  энергетических ресурсов Мирового океана. 
 
 

5.ЭНЕРГИЯ  БИОМАССЫ

     Понятие «биомасса» относят к веществам  растительного или животного  происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию  биомассы используют двояко: путем  непосредственного сжигания или  путем переработки в топливо (спирт  или биогаз). Есть два основных направления  получения топлива из биомассы: с  помощью термохимических процессов  или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического  вещества. В середине 80-х годов  в разных странах действовали  промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

     Одно  из наиболее перспективных направлений  энергетического использования  биомассы – производство из неё  биогаза, состоящего на 50-80% из метана и  на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3.

     Наиболее  эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно  получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей  возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др.

     Биогаз  можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

     Производство  биогаза из органических отходов  дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

     Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных  городов, центров переработки сельскохозяйственного  сырья. 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

     За  время существования нашей цивилизации  много раз происходила смена  традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда: и, тем не менее, однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину. Затем древесина уступила место  каменному углю. Запасы древесины  казались безграничными, но паровые  машины требовали более калорийного "корма". Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство  на энергетическом рынке нефти. И  вот новый виток: в наши дни  ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым  кубометром газа или тонной нефти  нужно идти все дальше на север  или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть  и газ будут с каждым годом  стоить нам все дороже. Замена? Нужен  новый лидер энергетики.

     Им, несомненно, станут ядерные источники. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь  уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю.

     Всегда  было так: следующий источник энергии  был и более мощным. То была, если можно так выразиться, "воинствующая" линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных  явлений и до какой-то поры не очень  задумывался о последствиях своих  дел и поступков. Но времена изменились. Сейчас, в начале 21 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая", построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому - быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идеи, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, и все тянется к энергетике, зависит от нее.

     Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические  электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные  черточки того сценария, который пишется  на наших глазах и который можно  назвать Завтрашним Днем Энергетики. Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, узкие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных  озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед.