Альтернативні джерела електроенергії

1.

Введение

.

2. Енергія воды.

а) Припливні електростанції. б) Енергія хвиль. в) Енергія течений.

3. Енергія ветра.

4. Геотермальні электростанции.

5. Сонячна энергия.

6. Воднева экономика.

7. Енергія з космоса.

8. Термоядерну энергия.

9. Укладання.

Введение

.

Недарма кажуть: «Енергетика — хліб промисловості». Чим більше розвинені промисловість і, тим більше коштів енергії треба задля них. Є навіть спеціальне поняття — «випереджувальний розвиток енергетики». Це означає, що одне підприємство, жодна нова місто або будинок не можна побудувати доти, як буде визначений чи створено наново генератор, що вони стануть споживати. Саме тому за кількістю видобутої і використовуваної енергії досить вдало можна будувати висновки про технічною відсталістю та економічної могуті, а простіше — про багатство будь-якого государства.

У природі запаси енергії величезні. Її несуть стане сонячне проміння, вітри рухомі маси води, зберігається в деревині, покладах газу, нафти, кам’яного вугілля. Практично безмежна енергія, «запечатана» в ядрах атомів речовини. Не її форми придатні для прямого использования.

За довгу історію енергетики нагромадилося дуже багато технічних засобів і способів добування енергії і перетворення їх у потрібні людям форми. Власне, і людина став людиною тільки тоді ми, коли навчився отримувати використовувати теплову енергію. Вогонь багать запалили перші люди, ще котрі розуміли його природи, проте це спосіб перетворення хімічної енергії в теплову зберігається вдосконалюється вже протягом тысячелетий.

До енергії власних м’язів і вогню люди додали мускульну енергію тварин. Вони винайшли техніку видалення хімічно пов’язаної води з глини з допомогою теплової енергії вогню — гончарні печі, у яких отримували міцні керамічні вироби. Звісно, процеси, що відбуваються у своїй, людина пізнав лише тисячоліття спустя.

Потім люди придумали млини — техніку для перетворення вітряних потоків і вітру у механічну енергії обертового валу. Але тільки з винаходом паровий машини, двигуна внутрішнього згоряння, гідравлічної, паровий та газовій турбін, електричних генератора і двигуна, людство отримала своє розпорядження досить потужні технічні устрою. Вони можуть перетворити природну енергію в інші її види, зручні до застосування й отримання великих кількостей роботи. Пошук нових джерел енергії у цьому не завершився: винайшли акумулятори, паливні елементи, перетворювачі сонячної енергії в електричну і - вже у двадцятого століття — атомні реакторы.

Проблема забезпечення електричної енергією багатьох галузей світового господарства, постійно зростаючих потреб більш як шестимиллиардного населення світу стає дедалі більше насущной.

Основу сучасної енергетики становлять теплоі гідроелектростанції. Проте їхній розвиток що стримується низкою чинників. Вартість вугілля, нафти і є, де працюють теплові станції, зростає, а природні ресурси цих видів палива скорочуються. До того ж багато хто країни мають власними паливними ресурсами чи відчувають у яких недолік. У процесі виробництва електроенергії на ТЕС відбувається викид шкідливих речовин у атмосферу. Причому якщо паливом служить вугілля, особливо буре, малоценный іншому виду використання коштів і з великим змістом непотрібних домішок, викиди досягають колосальних розмірів. І, нарешті, аварії на ТЕС завдають великої шкоди природі, порівнюваний із шкодою будь-якого великого пожежі. У разі така пожежа може супроводжуватися вибухом з освітою хмари вугільної пилюки чи сажи.

Гідроенергетичні ресурси в розвинених країн використовуються практично цілком: більшість річкових ділянок, придатних для гідротехнічного будівництва, вже освоєно. А якої шкоди від природі гідроелектростанції! Викидів у повітря ГЕС немає жодних, зате шкода водної середовищі завдає досить великий. Передусім страждають риби, які можуть подолати греблі ГЕС. На річках, де побудовано гідроелектростанції, якщо слід їх дещо — звані каскади ГЕС, — різко змінюється кількість води доі після гребель. На рівнинних річках розливаються величезні водосховища, і затоплені землі безповоротно втрачені як на сільського господарства, лісів, лук і розселення людей. Що стосується аварій на ГЕС, то разі прориву будь-який гідроелектростанції утворюється величезна хвиля, яка змете все які перебувають нижче греблі ГЕС. Проте таких гребель розміщено поблизу великих міст із населенням кілька сотень тисяч жителей.

Вихід із цього становища бачився у розвитку атомної енергетики. У найгіршому разі 1989 року у світі побудовано і працювало понад 400 атомних електростанцій (АЕС). Проте сьогодні АЕС не вважаються джерелом дешевої та екологічно чистою енергією. Паливом АЕС служить уранова руда — дороге як важко добываемое сировину, запаси якого обмежені. До того ж будівництво і експлуатація АЕС пов’язані з великими труднощами та реальними витратами. Лише поодинокі країни зараз продовжують будівництво нових АЕС. Серйозним гальмом подальшого розвитку атомної енергетики є проблеми забруднення довкілля. Усе це додатково ускладнює ставлення до атомної енергетики. Дедалі частіше звучать заклики, потребують відмовитися від використання палива взагалі, закрити все атомні електростанції та повернеться до виробництва електроенергії на ТЕС і ГЕС, і навіть використовувати звані возобновимые — малі, чи «нетрадиційні», — види отримання енергії. До останнім відносять передусім встановлення і устрою, використовують енергію вітру, води, сонця, геотермальную енергію, і навіть тепло, що міститься в воді, повітрі й садити земле.

Енергія воды.

Із середини ХХ століття почалося вивчення енергетичних ресурсів, які стосуються «поновлюваним джерелам энергии».

Океан — гігантський акумулятор і трансформатор сонячної енергії, преобразуемой в енергію течій, тепла і вітрів. Енергія припливів — результат дії приливообразующих сил відвідин Місяця й Солнца.

Енергетичні ресурси океану складають велику цінність як поновлювані та практично невичерпні. Досвід експлуатації вже діючих систем океанській енергетики показує, що де вони приносять жодного помітного шкоди океанській середовищі. Під час проектування майбутніх систем океанській енергетики старанно досліджується їх вплив на экологию.

Припливні электростанции.

Рівень води на морських узбережжях протягом доби змінюється тричі. Такі коливання особливо помітні у затоках і гирлах річок, які впадають у море. Давні греки пояснювали коливання рівня води волею повелителя морів Посейдона. У XVIII в. англійський фізик Ісаак Ньютон розгадав таємницю морських припливів і відпливів: величезних мас води у світовій океані наводяться в рух силами тяжіння відвідин Місяця й Сонця. Через кожні 6 год 12 хв приплив змінюється відливом. Максимальна амплітуда припливів на різних роботах нашої планети неоднакова і як від 4 до 20 м.

Для устрою найпростішої припливної електростанції (ПЕМ) потрібен басейн — перекритий греблею затоку чи гирлі ріки. У греблі є водопропускні отвори й установлено тепер турбіни. Під час припливу вода вступає у басейн. Коли рівні води в басейні і море зрівняються, затвори водопропускних отворів закриваються. З приходом відпливу рівень води у морі знижується, і, коли натиск стає достатнім, турбіни і з'єднані з нею електрогенератори починають працювати, а воду з басейну поступово йде. Вважається економічно доцільним будівництво ПЕМ околицях з приливними коливаннями рівня моря щонайменше 4 м. Проектна потужність ПЕМ залежить від характеру припливу у районі будівництва станції, від обсягу й площі приливної басейну, від кількості турбін, встановлених в тілі плотины.

У припливних електростанціях двостороннього дії турбіни працюють під час руху води з моря в басейн і навпаки. ПЕМ двостороннього дії здатна виробляти електроенергію безупинно протягом 4−5 год з перервами в 1−2 год чотири рази на добу. Для збільшення часу роботи турбін існують складніші схеми — з цими двома, трьома та очі великою кількістю басейнів, проте вартість таких проектів дуже высока.

Перша приливна електростанція потужністю 240 МВт була в 1966 р. у Франції гирлі ріки Ранс, що у Ла-Манш, де середня амплітуда припливів становить 8,4 м. 24 гідроагрегата ПЕМ виробляють загалом за рік 502 млн. кВт. годину електроенергії. З цією станції розроблений приливный капсульный агрегат, дозволяє здійснювати три прямих і трьох зворотних режиму роботи: як генератор, як насос як і водопропускное отвір, що забезпечує ефективну експлуатацію ПЕМ. За оцінками фахівців, ПЕМ річці Ранс економічно виправдана, річні витрати експлуатації нижче, ніж гідроелектростанціях, і вони становлять 4% капітальних вкладень. Електростанція входить у енергосистему Німеччині й ефективно используется.

У 1968 р. на Баренцовому морі, неподалік Мурманська, вступив у лад дослідно-промислова ПЕМ проектної потужністю 800 кВт. Місце її будівництва — Кисла Губа є вузький затоку шириною 150 метрів і довжиною 450 м. Хоча потужність Кислогубской ПЕМ невелика, її спорудження мало важливе значення для подальших дослідницьких мереж і проектно-конструкторських робіт у сфері використання приливов.

Існують проекти великих ПЕМ потужністю 320 МВт (Кольская) і 4000 МВт (Мезенская) на Білому море, де амплітуда припливів становить 7−10 м. Планується використовувати також величезний потенціал Охотського моря, де місцями, наприклад на Пенжинской губі, висота припливів становить 12,9 м, а в Гижигинской губі - 12−14 м.

Роботи у цій галузі тривають і там. У 1985 р. пущено в експлуатацію ПЕМ в затоці Фанди у Канаді потужністю 20 МВт (амплітуда припливів тут становить 19,6 м). У Китаї побудовано три приливні електростанції невеличкий потужності. У Великобританії розробляється проект ПЕМ потужністю 1000 МВт у гирлі річки Северн, де середня амплітуда припливів становить 16,3 м.

З погляду екології ПЕМ має безспірне перевагу над теплових електростанцій, які спалюють нафту й війни кам’яне вугілля. Сприятливі передумови якомога ширшої використання морських припливів пов’язані із можливістю застосування недавно створеної труби Горлова, що дозволяє споруджувати ПЕМ без гребель, скорочуючи Витрати їх будівництво. Перші бесплотинные ПЕМ заплановано спорудити найближчими роками бегемотів у Південній Корее.

Енергія волн.

Ідея отримання електроенергії від морських хвиль було викладено ще 1935 р. радянським ученим К. Э. Циолковским.

У основі роботи хвильових енергетичних станцій лежить вплив хвиль на робочі органи, виконані вигляді поплавків, маятників, лопатей, оболонок тощо. Механічна енергія їх переміщень з допомогою електрогенераторів перетворюється на електричну. Коли буй гойдається по хвилі, рівень води усередині нього змінюється. Від цього повітря то виходить із нього, то входить. Та рух повітря можливо лише через верхнє отвір (така конструкція буя). І установлено турбіну, обертова завжди у одному напрямку незалежно від цього що не напрямі рухається повітря. Навіть досить невеликі хвилі заввишки 35 див змушують турбіну розвивати понад 2.000 обертів на хвилину. Інший тип установки — щось на кшталт стаціонарної микроэлектростанции. Зовні вона справляє враження ящик, встановлений на опорах на невеличкий глибині. Хвилі пробираються у ящик і призводять на дію турбіну. І тут до роботи досить зовсім невеликого хвилювання моря. Навіть хвилі заввишки 20 див запалювали лампочки загальної потужністю 200 Вт.

Нині волноэнергетические установки використовуються для енергоживлення автономних буїв, маяків, наукових приладів. Попутно великі хвильові станції можна використовувати для волнозащиты морських бурових платформ, відкритих рейдів, марикультурных господарств. Почалося промислове використання хвильової енергії. У вже близько 400 маяків і навігаційних буїв отримують живлення від хвильових установок. У Індії від хвильової енергії працює плавучий маяк порту Мадрас. У Норвегії з 1985 р. діє перша група у світі промислова хвилева станція потужністю 850 кВт.

Створення хвильових електростанцій визначається оптимальним вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективної конструкцією станції, у якому вмонтовані устрою згладжування нерівномірного режиму хвилювання. Вважається, що ефективно хвильові станції можуть працювати у використанні потужності близько 80 кВт/м. Досвід експлуатації існуючих установок показав, що вироблювана ними електроенергія поки 2−3 разу більше традиційної, але у майбутньому очікується значно знизився рівень її стоимости.

У хвильових установках з пневматичними перетворювачами під впливом хвиль повітряний потік періодично змінює свою напрям на зворотне. Для цих умов і розроблена турбіна Уеллса, ротор якої має выпрямляющим дією, зберігаючи незмінним напрям свого обертання на зміну напрями повітряного потоку, отже, підтримується незмінним і напрям обертання генератора. Турбіна знайшла широке використання у різних волноэнергетических установках.

Хвилева енергетична установка «Каймей «(«Морський світло ») — сама потужна діюча енергетична установка з пневматичними перетворювачами — побудовано Японії 1976 р. У своїй роботі вона використовує хвилі заввишки до 6 — 10 м. На баржі довжиною 80 м, шириною 12 метрів і тоннажністю 500 т встановлено 22 повітряних камери, відкриті знизу. Кожна пара камер дбає про одну турбіну Уеллса. Загальна потужність установки 1000 кВт. Перші випробування було проведено 1978 — 1979 рр. біля міста Цуруока. Енергія передавалася до берега з підводного кабелю завдовжки близько 3 км.

У 1985 р. в Норвегії в 46 км на захід від міста Берген побудована промислова хвилева станція, що складається з двох установок. Перша розпорядження про острові Тофтесталлен працювала по пневматическому принципу. Вона являла собою залізобетонну камеру, заглубленную в скелі; з неї було встановлено сталева вежа заввишки 12,3 мм діаметром 3,6 м. Вхідні до камери хвилі створювали зміна обсягу повітря. Що Виникає потік системою клапанів наводив у обертання турбіну і пов’язана генератор потужністю 500 кВт, річна вироблення становила 1,2 млн. кВт. год. Зимовим штормом наприкінці 1988 р. вежа станції лежала в руїнах. Розробляється проект нової вежі з железобетона.

Конструкція другий установки складається з конусовидного каналу в ущелині завдовжки близько 170 м з бетонними стінками заввишки 15 метрів і завширшки підставі 55 м, входить у резервуар між островами, відділений від моря дамбами, і греблі з установкою. Хвилі, йдучи сужающемуся каналу, збільшують свою висоту з 1,1 до 15 метрів і вливаються у резервуар, рівень якого на 3 м вище рівня моря. З резервуара вода проходить через низконапорные гідротурбіни потужністю 350 кВт. Станція щорічно виробляє до 2 млн. кВт· год электроэнергии.

На Великобританії розробляється оригінальна конструкція хвильової енергетичної установки типу «молюск », у якій як робочих органів використовуються м’які оболонки — камери. Вони перебуває повітря під тиском, трохи більшим атмосферного. Накатом хвиль камери стискуються, утворюється замкнутий повітряний потік з камер в каркас встановлення і назад. Дорогою потоку встановлено повітряні турбіни Уеллса з электрогенераторами. Зараз створюється досвідчена плавуча установка з 6 камер, укріплених на каркасі довжиною 120 метрів і заввишки 8 м. Очікувана потужність 500 кВт. Подальші розробки показали, що найбільше ефект дає розташування камер із широкого кола. У Шотландії на озері Лох-Несс випробували установка, що складається з 12 камер і побачили 8-го турбін. Теоретична потужність такий установки до 1200 кВт.

Вперше конструкція хвильового плоту була запатентовано СРСР ще в 1926 р. У 1978 р. у Великій Британії проводилися випробування дослідних моделей океанських електростанцій, основу яких лежить аналогічне рішення. Хвильової пліт Коккерела складається з шарнірно з'єднаних секцій, переміщення яких щодо одне одного передається насосам з электрогенераторами. Уся конструкція утримується дома якорями. Трехсекционный хвильової пліт Коккерела довжиною 100 м, шириною 50 метрів і заввишки 10 м може дати потужність до 2 тис. кВт.

У модель хвильового плоту випробувалася 70-х рр. на Чорному морі. Вона мала довжину 12 м, ширину поплавків 0,4 м. На хвилях заввишки 0,5 метрів і довжиною 10 — 15 м установка розвивала потужність 150 кВт.

Проект, відомий під назвою «качка Солтера », представляє собою перетворювач хвильової енергії. Робочої конструкцією є поплавець («качка »), профіль якого розрахований за законам гідродинаміці. У проекті передбачається монтаж великої кількості великих поплавків, послідовно укріплених спільною для валу. Під впливом хвиль поплавки починають рухатися і повертаються до початкове положення силою власного ваги. У цьому наводяться на дію насоси всередині валу, заповненого спеціально підготовленої водою. Через систему труб різного діаметра створюється різницю тиску, яка веде в рух турбіни, встановлені між поплавцями і підняті від поверхні моря. Вироблювана електроенергія передається з підводного кабелю. Для ефективного розподілу навантажень на валу слід встановлювати 20 — 30 поплавків. У 1978 р. випробували модель установки, що складалася з 20-ти поплавків діаметром 1 м. Вироблена потужність склали 10 кВт. Розроблено проект потужнішою установки з 20-ти — 30 поплавків діаметром 15 м, укріплених на валу, довжиною 1200 м. Ймовірна потужність установки 45 тис. кВт. Такі системи, встановлені в західних берегів Британських островів, можуть забезпечити потреби Великобританії на электроэнергии.

Енергія течений.

Найпотужніші течії океану — потенційний джерело енергії. Сучасний рівень техніки дозволяє забезпечувати енергію течій при швидкості потоку більше однієї м/с. У цьому потужність від 1 м² поперечного перерізу потоку становить близько 1 кВт. Перспективним вважається використання таких потужних течій, як Гольфстрім і Куросио, несучих відповідно 83 і 55 млн. куб. м/с води зі швидкістю до 2 м/с, і Флоридського течії (30 млн. куб. м/с, швидкість до 1,8 м/с).

Для океанській енергетики цікаві течії в протоках Гібралтарській, Ла-Манш, Курильських. Проте створення океанських електростанцій на енергії течій пов’язано поки мати з поруч технічних труднощів, насамперед із створенням енергетичних установок великих розмірів, які мають загрозу судоходству.

Програма «Кориолис «передбачає установку у Флоридському протоці за 30 я км на схід міста Маямі 242 турбін з цими двома робітниками колесами діаметром 168 м, обертовими в протилежних напрямах. Кілька робочих коліс розміщається всередині порожнистої камери з алюмінію, які забезпечують плавучість турбіни. На підвищення ефективності лопаті коліс передбачається досить гнучкими. Система «Кориолис «загальної довжиною 60 км орієнтуватиметься по основному потоку; ширина її за розташуванні турбін в 22 низки по 11 турбін у кожному становитиме 30 км. Агрегати передбачається відбуксирувати доречно встановлення і заглубить на 30 м, ніж перешкоджати судоходству.

Коли більша частина південного Пассатного течії проникає в Карибське морі та Мексиканський затоку, вода повертається звідти в Атлантику через Флоридський затоку. Ширина течії стає мінімальної - 80 км. При цьому вона убыстряет свій рух до 2 м/с. Коли ж Флоридское протягом посилюється Антильским, витрата води сягає максимуму. Розвивається сила, цілком достатня, аби навести в рух турбіну з розгонисті лопатями, вал якої з'єднаний із электрогенератором. Далі - передача струму з підводного кабелю на берег.

Матеріал турбіниалюміній. Термін служби — 80 років. Її місце — під водою. Підйом на поверхню води лише профілактичного ремонту. Її робота слабко від глибини занурення і температури води. Лопаті обертаються повільно, й невеличкі риби можуть вільно пропливати через турбіну. І це великим вхід закритий запобіжної сеткой.

Американські інженери, вважають, що це будівництво такого споруди навіть дешевше, ніж спорудження теплових електростанцій. Тут непотрібно будувати будинок, прокладати дороги, влаштовувати склади. Та й експлуатаційних витрат істотно меньше.

Корисна потужність кожної турбіни з урахуванням витрат за експлуатацію й втрат під час передачі до берега становитиме 43 МВт, що дозволить задовольнити потреби штату Флориди (США) на 10%.

Перший експериментальний зразок як і турбіни діаметром 1,5 м був випробуваний у Флоридському протоці. Розроблено проект турбіни під робочою колесом діаметром 12 метрів і потужністю 400 кВт.

Енергія ветра.

Вже дуже довго, бачачи, які руйнації можуть принести бурі й урагани, людина замислювався з того, чи можна використати енергію ветра.

Вітряні млини з крыльями-парусами з тканини першими почали споруджувати древні перси понад 1,5 тис. років тому вони. Надалі вітряні млини вдосконалювалися. У Європі вони лише мололи борошно, а й відкачували воду, збивали олію, як, наприклад, у Голландії. Перший електрогенератор був сконструйовано у Данії в 1890 р. Через 20 років у країні працювали сотні подібних установок.

Енергія вітру дуже великий. Її запаси за оцінками Всесвітньої метеорологічної організації, становлять 170 трлн кВт· год на рік. Цю енергію можна одержувати, не забруднюючи довкілля. Але в вітру є дві суттєвих недоліки: його енергія сильно розсіяна у просторі і він непередбачуваний — часто змінює напрям, раптом затихає навіть у вітряних районах земної кулі, інколи ж досягає такої сили, що ламають ветряки.

Будівництво, зміст, ремонт вітроустановок, цілодобово що працюють у будь-яку погоду під музей просто неба, стоїть недешево. Ветроэлектростанция той самий потужності, як ГЕС, ТЕЦ чи АЕС, проти ними повинна займати велику площа. До того ж вітроелектростанції шкідливі: вони заважають польотів птахів та комах, шумлять, відбивають радіохвилі обертовими лопатями, створюючи перешкоди прийому телепередач в сусідніх населених пунктах.

Принцип роботи вітроустановок дуже проста: лопаті, які обертаються з допомогою сили вітру, через вал передають механічну енергію до электрогенератору. Той, у своє чергу виробляє енергію електричну. Виходить, що вітроелектростанції працюють як іграшкові машини на батарейках, лише принцип їхні діяння протилежний. Замість перетворення електричної енергії в механічну, енергія вітру перетворюється електричний ток.

Для отримання енергії вітру застосовують різні конструкції: многолопастные «ромашки»; гвинти на кшталт літакових пропелерів із трьома, двома і навіть однієї лопатою (тоді в є вантаж противагу); вертикальні ротори, схожі на розрізану вздовж і насажанную на вісь бочку; якесь подобу «вставшего дибки» вертолітного гвинта: зовнішні кінці його лопатей загнуто вгору й за з'єднані між собою. Вертикальні конструкції хороші тим, що уловлюють вітер будь-якого напрями. Іншим доводиться розгортатися по ветру.

Щоб якось компенсувати мінливість вітру, споруджують величезні «вітряні ферми». Вітродвигуни там стоять рядами на великому просторі і працюють на єдину мережу. В одному краю «ферми» може дмухати вітер, на іншому тим часом тихо. Вітряки не можна порушувати надто близько, що вони не загороджували одне одного. Тому ферма займає багато місця. Такі ферми є у США, мови у Франції, в Англії, а Данії «вітряну ферму» розмістили на прибережному мілководді Північного моря: там вона нікому корисно і сталіший, ніж суше.

Щоб знизити залежність від непостійного напряму, і сили вітру, в систему включають маховики, частково сглаживающие пориви вітру, і ресурсів різного роду акумулятори. Найчастіше електричні. Але застосовують також повітряні (вітряк нагнітає повітря балони; виходячи звідти, його рівна струмінь обертає турбіну з электрогенератором) і гідравлічні (силою вітру вода піднімається на певну висоту, а, падаючи вниз, обертає турбіну). Ставлять також электролизные акумулятори. Вітряк дає електричний струм, який розкладає воду на кисень і водень. Їх запасають в балонах і в міру необхідності спалюють в паливному елементі (тобто. в хімічному реакторі, де енергія пального перетворюється на електрику) або у газової турбіни, знову одержуючи струм, але вже настав без різких коливань напруги, що з вередуваннями ветра.

Нині у світі працює більш як 30 тис. вітроустановок різної потужності. Німеччина одержує вигоду від вітру 10% своєї електроенергії, а всієї Західної Європи вітер дає 2500 МВт електроенергії. Принаймні того як вітряні електростанції окупаються, які конструкції вдосконалюються, ціна повітряного електрики падає. Так 1993 р. мови у Франції собівартість 1 кВт· год електроенергії, отриманої на вітростанції, дорівнювала 40 сантимам, а до 2000 року знизилася 1,5 разу. Щоправда енергія АЕС обходиться лише у 12 сантимів за 1 кВт· ч.

Геотермальні электростанции.

Близько 4% всіх запасом води на планеті зосереджено під землею — в товщах гірських порід. Води, температура яких перевищує 20є З, називають термальними (від грецьк. «терме» — «тепло», «жар»). Нагріваються підземні озера і річки на результаті радіоактивних процесів і хімічних реакцій, що протікають у надрах Землі. У районах вулканічної діяльності на глибині 500−1000 м зустрічаються басейни з температурою 150−250 єС; вода у яких перебуває під великим тиском і, тому кипить. У гірських областях термальні води нерідко виходять поверхню як гарячих джерел з температурою до 90 єС.

Люди навчилися використовувати глибинне тепло Землі у цілях. У країнах, де термальні води підходять близько до, споруджують геотермальні електростанції (геоТЭС). Вони перетворять теплову енергію підземних джерел у електричну. У Росії її перша геоТЭС потужністю 5 МВт була побудована 1966 р. Півдні Камчатки, в долині річки Паужетка, у районі вулканів Кошелева і Кабального. У 1980;х р. її потужність становила вже 11 МВт. У Італії, околицях Ландерелло, Монте-Амиата і Травеле, працюють 11 таких станцій загальної потужністю 384 МВт. ГеоТЭС діють й у США (у Каліфорнії, у Долині Великих Гейзерів), Ісландії (у озера Миватн), Нової Зеландії (у районі Уайракеи), Мексиці й Японии.

Геотермальні станції влаштовані щодо просто: але немає котельної, устаткування подачі палива, золоулавливателей і багатьох інших пристосувань, необхідні звичайних теплових електростанцій. Остільки пальне в геоТЭС безплатне, те й собівартість вироблюваної електроенергії у кілька разів ниже.

Є кілька схем отримання електроенергії на геотермальної електростанції. Пряма схема: природний пар іде трубами в турбіни, з'єднані з электрогенераторами. Непряма схема: пар попередньо (перш ніж потрапляє у турбіни) очищають від газів, викликають руйнація труб. Смешенная схема: неочищений пар вступає у турбіни, та був із води, що виникла внаслідок конденсації, видаляють не растворившееся у ній газы.

Саме з змішаної схеми працює Паужетская електростанція. Пароводяная суміш, що містить тепло у кількості 840 кДж/кг, виводиться через бурову свердловину глибиною 350 м на поверхню й направляють у сепарационное пристрій. Тут пар при тиску 225 кПа (понад 2 атм) відокремлюється від води та трубами вступають у турбіни; ті обертаються і призводять на дію электрогенераторы.

Отработавший в турбінах пар потрапляє у смешивающий конденсатор, де охолоджується і перетворюється на воду. Выделившиеся у своїй гази (азот і кисень) видаляють насосом. Гарячу воду (120 єС) використовують із теплопостачання населених пунктів. Вода для охолодження пара подається самопливом трубопроводом довжиною 600 м з річки Паужетки.

У Росії її, Болгарії, Угорщини, Грузії, Ісландії, США, Японії, інших країнах термальними водами обігрівають будинку, теплиці, парники, плавальні басейни. А столиця Ісландії Рейк’явік отримує тепло виключно від гарячих підземних источников.

Сонячна энергия.

Сонце виливає на Землю океан енергії. Людина буквально купається в цьому океані, енергія скрізь. А людина, як не помічаючи цього, угризається в землю за вугіллям і нафтою, щоб дістати енергію для заводів і фабрик, для освітлення і опалення. До того ж добывает-то він усе таку ж енергію Сонця, яку «увібрали» рослини колишніх часів, які є потім вугіллям. Рослини здатні вловити менш як відсотка падаючої на листя сонячної енергії, а після спалювання вугілля її виділяється значно менше. Сонячна енергія доступна всім і кожному. Її практично хоч греблю гати. Вона екологічна — щось забруднює, щось порушує, вона дає життя всьому сущого Землі. Понад те, цю енергію дарова, але за всіх своїх достоїнствах і найдорожча. Саме тому сонячні електростанції не так поширені, як електростанції інших видов.

На острові Сицилія неподалік відомого своєю неспокійним характером вулкана Етна ще на початку 80-х дала струм сонячна електростанції потужністю 1 МВт. Принцип її - баштовий. Дзеркала фокусируют сонячні промені на приймальнику, розташованому в розквіті 50 м. Та м виробляється пар з температурою більш 500є З, який спричиняє дію традиційну турбіну з підключеним до неї генератором струму. При перемінної хмарності недолік сонячної енергії компенсується паровим акумулятором. Незаперечний доведено, що у такому принципі можуть працювати електростанції потужністю 10- 20 МВт, в тому числі вулицю значно більше, якщо групувати подібні модулі, приєднуючи їх одне до другу.

Дещо іншої типу електростанція в Альмерии Півдні Іспанії. Її відмінність у тому, що сфокусована на її вершину вежі сонячне тепло спричиняє рух натрієвий круговорот (як і атомних реакторах на швидких нейтронах), а та вже нагріває воду до освіти пара. У такого варіанта ряд переваг. Натрієвий акумулятор тепла забезпечує на лише безперервну роботу електростанції, але не дає можливість частково накопичувати надлишкову енергію до роботи на похмуру погоду і тільки вночі. Потужність іспанської станції всього 0,5 МВт. На її принципі може бути створено значно більше великі - до 300 МВт. У установках такого типу концентрація сонячної енергії настільки висока, що ККД паротурбінного процесу нітрохи буде не гірший, ніж традиційних теплових электростанциях.

Такий принцип роботи закладено ще одному варіанті сонячної електростанції, розробленому у Німеччині. Її потужність теж невелика — 20 МВт. Рухливі дзеркала по 40 м² кожне, керовані мікропроцесором, розташовуються навколо 200-метровій вежі. Вони фокусируют сонячне світло на нагрівач, де поміщається стиснений повітря. Він нагрівається до 800єC і спричиняє дію дві газові турбіни. Потім теплом цього ж відпрацьованого повітря нагрівається вода, й у дію вступає вже парова турбіна. Виходять хіба що два щаблі вироблення електрики. У результаті ККД станції піднято до 18%, що дуже більше, ніж в інших гелиоустановок.

На СРСР неподалік Керчі споруджено станція потужністю 5МВт. Навколо вежі концентричними дзеркалами розміщені 1600 дзеркал, направляють стане сонячне проміння на паровий казан, що вінчає 70-метрову вежу. Дзеркала площею 25 м² кожне з допомогою автоматики і електроприводів опікуються Сонцем і відбивають сонячної енергії точно на поверхню казана, забезпечуючи її щільністю потоку в 150 разів більшу, ніж Сонце на Землі. У казані при тиску 40 атмосфер генерується пар з температурою 250єС, що надходить на паровий турбіну. У спеціальних ємностяхакумуляторах під тиском міститься вода, накапливающая тепло до роботи ночами й у похмуру погоду. Завдяки цим акумуляторам станція може працювати ще 3−4 години після заходу Сонця, але в половинної потужності - близько полусуток.

Сонячна енергія застосовується також у невеликих автомобілях на сонячні батареї, на космічних станціях і спутниках.

Йде робота, йдуть оцінки. Наразі вони, слід визнати, на користь сонячних електростанцій: ці споруди досі ставляться до найскладнішим й найбільш дорогим технічним методам отримання гелиоэнергии. Але створитися таке позиції у світі, коли відносна дорожнеча сонячної енергії буде найбільшим її недоліком. Йдеться «тепловому забруднення» планети внаслідок гігантського масштабу споживанні енергії. Необоротні наслідки, переконані вчені, настануть, якщо споживання перевищить сьогоднішній рівень у сто раз. Упускати цього не врахували не. А висновок учених такий: певному етапі розвитку цивілізації великомасштабне використання екологічно чистою сонячної енергії стає повністю необхідним. Але це отже, що з гелиоэнергетики немає противників. Ось їх резони: через низьку щільності сонячного випромінювання установка апаратури щодо його уловлювання призведе до вилучати з землекористування величезних корисних площ, беручи до уваги крайньої дорожнечу устаткування й материалов.

Поки ще належить ще довгий шлях, як вдасться виробляти з сонячних променів електроенергію, порівнянну за вартістю з виробленої за рахунок спалювання традиційного викопного палива. Зрозуміло, нереально в умовах розраховувати хоча в найближчому майбутньому перевести всю енергетику на гелиотехнику. Поки її доля — набирати потужності і знижувати вартість свого кіловат-години. У цьому варто забувати, що з місця зору екології сонячна енергія справді ідеальна, оскільки порушує рівноваги в природе.

Воднева экономика.

Одна з найбільш незвичайних і, мабуть, найпривабливіших сценаріїв енергетичного людства відкриває проект «Воднева економіка». Суть його залежить від заміні викопного палива воднем. Фізичний і хімічний сенс проекту ясний: основна енергія не в нафті, газі, кам’яному вугіллі і дереві запасена як вуглеводнів — сполук вуглецю з воднем. Не вуглець, саме водень дає під час спалювання найбільше кількість теплової енергії, превращаемой потім у механическую.

Водню землі дуже багато, причому величезні його зосереджені над вуглеводнях, а воді. Але для отримання енергії з нафти, газу, кам’яного вугілля й дерева їхні досить спалити, те з водою так вступити не можна: занадто міцно пов’язані у ній водень і кисень. Сучасною науці відомі дві основні способу розкладання води на складові за хімічними елементи: піроліз (від грецьк «бенкет» — «вогонь» і «лизис» — «розкладання»), коли воду нагрівають до дуже високою температури, і електроліз, коли з водою пропускають електричний ток.

Проте обидва цих способу дуже енергоємні, тому непридатні для отримання великих кількостей водню. Та уявіть собі, сто вдасться знайти метод легкого руйнації молекул води. Тоді, у техніці станеться справжній переворот. У реактивних двигунах, двигунах внутрішнього згоряння, турбінах, топках котельних установок перестануть спалювати сотні мільйонів тонн нафти, вугілля й їх похідних. Перетвориться викид у повітря шкідливих життю продуктів внутрішнього згоряння палива: адже вихлоп двигуна, працівників водні, — чиста вода. Корисні копалини можна добувати значно менших кількостях і використовувати лише як для хімічної промисловості, що виконує пластмаси, ліки й інші необхідні людям речі. Хіба згадати великого російського хіміка Д.І. Менделєєва, який ще у дев’ятнадцятому в. говорив, що палити нафту топках — однаково, що топити печі ассигнациями.

Нині проблему промислового отримання дешевого водню намагаються вирішити різні фахівці. Хіміки шукають каталізатор, з якого вода стане розкладатися з меншими витратах енергії. Фізики розробляють засоби одержання дешевого електрики, що зробить економічно вигідним електроліз води. Не залишилися осторонь і біологи. Вони намагаються вивести бактерії, здатні розкладати воду на кисень і водень з допомогою сонячного світла. Ученим давно відомі мікроорганізми, які виділяють водень, але у такому малому кількості, що публікація про промисловому їх застосуванні не доводиться. Якщо ж продуктивність бактерій вдасться підвищити, те в людства з’явиться шанс на пережити ще одне енергетичну революцію і отримати новий, практично невичерпний, при цьому екологічно чистий джерело энергии.

Енергія з космоса.

Отримувати і використовувати «чисту» сонячної енергії лежить на поверхні Землі заважає атмосфера. Звісно ж напрошується рішення: розмістити сонячні энергостанции у космосі, на близько земної орбіті. Там нічого очікувати атмосферних перешкод, невагомість дозволить створювати багатокілометрові конструкції, що необхідні «збору» енергії сонця. Таких станцій є велика гідність. Перетворення жодного виду енергії в інший неминуче супроводжується виділенням тепла, і скидання їх у космос дозволить запобігти небезпечне перегрівання земної атмосферы.

На насправді виглядатимуть сонячні космічні електростанції (СКЭС), сьогодні сказати не можна. А до СКЭС конструктори приступили ще наприкінці 60-х рр. ХХ в.

Шлях енергії від приймача електромагнітного випромінювання Сонця до розетки квартирі чи блоку харчування верстата не завжди однаковий. У перших проектах пропонувався такий: сонячні батареї, що виробляють електрику — сверхвысокочастотный (НВЧ) передавач на СКЭС — приймач Землі - розподільні електричні підстанції. Насправді це виглядало би так: багатокілометрові площині сонячних батарей на міцному каркасі; ґратчасті антени передавачів; схожі ними (і також багатокілометрові) приймачі енергії лежить на поверхні Землі… Варіант, як швидко з’ясувалося, далеко ще не идеальный.

Інженери спробували взагалі відмовитися від використання сонячних батарей. Наприклад, пропонувалося з допомогою різних перетворювачів (скажімо, дзеркал) на станції перетворювати сонячне світло в тепло, кип’ятити робочу рідина й її пором крутити турбіни з электрогенераторами. Та й у такий варіант процес одержання енергії залишається дуже довгим: сонячний світло через тепла і механічне рух перетворюється на електрику, і знову в електромагнітні хвилі передачі на Землю, та був знову на електрику. Кожен етап веде до втрат енергії; прийомні антени на Землі мають займати величезні площі. Але найгірше, що СВЧ-луч негативно впливає іоносферу Землі, згубно б'є по десятках живих організмах. Тому надто безкраї простори антенами необхідно закрити для польотів авіації. Але як уберегти себе від загибелі птиц?

Ті ж виникли проблеми з’являються і під час передачі енергії по лазерного променю, який при цьому складніше перетворити знову у електричний струм. Отриману у космосі енергії доцільніше залучити до космосі ж, не відправляючи в Землю. На виробництво витрачається близько 90 відсотків % виробляють планеті енергії. Основні напрямки її споживачі - металургія, машинобудування, хімічна промисловості. І саме, до речі, і головні забруднювачі навколишнього середовища. Обійтися без таких виробництв людство поки що не стані. Але ж можна сховати з Землі. Чому б не використовувати сировину, добываемое на Місяці чи астероїдах, створивши на супутниках і астероїдах відповідні бази? Завдання, безумовно, дуже складна, і спорудження сонячних космічних електростанцій — лише перший крок її рішенню. З виробництвом ж електроенергії для побутових потреб впораються вітряки, бесплотинные ГЕС та інші екологічно чисті энергоустановки.

Будь-який варіант проекту сонячної космічної електростанції передбачає, що це колосальне спорудження та причому не одне. Навіть сама маленька СКЭС повинна важити десятки тисяч тонн. І це гігантську масу потрібно буде запустити на віддалену від Землі орбіту. Сучасні кошти виведення може доставити на низьку — опорну — орбіту необхідну кількість блоків, вузлів і панелей сонячних батарей. Щоб зменшити масу величезних дзеркал, концентрирующих сонячне світло, можна зробити їх із найтоншої дзеркальній плівки, наприклад, як надувних конструкцій. Зібрані фрагменти сонячної космічної електричної станції треба доправити на високу орбіту й зістикувати там. А долетіти до «місцеві роботи» секція сонячної електростанції зуміє своїм ходом, стоїть лише встановити ній електроракетні двигуни малої тяги.

Але Сонце єдиний космічний генератор, яким буде скористатися земляни. Ймовірно, що у інших небесних тілах є енергоносії, за своєю потужністю в багато разів переважали наявні на планеті. У поверхневих шарах місячного грунту, наприклад, знайдено запаси гелію-3, який Землі відсутня. Передбачається, що одержати термоядерну енергію від цього ізотопу простіше, ніж із інших. Тим більше що лічені кілограми гелію-3 задовольнять річну потреба у енергії всього человечества.

Термоядерну энергия.

Однією з перспективних джерел отримання електрики є освоєння термоядерну енергію, тобто. енергії тритію і дейтерію, що є в невичерпних кількостях у питній воді океанов.

Під час хімічної реакції змінюються електронні оболонки атомів. У результаті ядерної реакції іншим стає будова атомного ядра — набагато тривкішого, ніж атом. Тому, за розпаді важких ядер (у реакції розподілу) чи, навпаки, при злитті легких (в реакціях синтезу), коли утворюються ядра елементів середньої маси, виділяється дуже багато энергии.

Наприклад, під час ділення одного атома урану — реакції, використовуваної для отримання енергії у сприйнятті сучасних атомних станціях, — виділяється близько 1 МэВ енергії за кожен нуклон. (Нуклонами називають протони і нейтрони, є складовими частинами ядер атомів.) У результаті реакції дейтерію D (важкого водню, атом якого містить у ядрі нейтрон n) з протоном p синтезується ізотоп гелій-3, випромінюється ?-частка й виділяється приблизно 5 МэВ енергії однією нуклон, тобто. вп’ятеро больше:

1D2 + p > 2He3 + ?.

У природної воді один атом дейтерію посідає 7 тис. атомів водню, але дейтерію, що міститься у склянці води досить, щоб зробити стільки ж енергії, скільки отримати при згорянні бочки бензину. У Світовому океані 4· 1013 т дейтерію; спроможеться всім жителям Землі на виборах 4 тис. лет.

Ще більше енергії виділяється в реакціях сверхтяжелого ізотопу водню — тритію Т, в ядрі якого два нейтрона:

1T3 + p > 2He4+? + 19,7 МэВ.

1T3+1D2 > 2He4 + n + 17,6 МэВ.

Тритію у природі немає, але у достатній кількості може бути отримати в атомних реакторах, впливаючи потоком електронів на атоми лития:

N + 3Li7 > 2He4 + T.

Проте здійснити цю реакцію досить складно: вона розпочнеться лише тому випадку, якщо ядра атомів зблизяться настільки, що виникнуть сили ядерного тяжіння (з так званого сильного взаємодії). Це відстань п’ять порядків менший від розмірів атома, і що електрони залишаються у своїх орбітах, де вони дозволять ядрам атомів зблизитися. Та й самі ядра на початок сильного взаємодії расталкиваются кулоновскими силами.

Заключение

.

Отже, суперечка у тому, що, що вигідніше у виробництві електроенергії поки що ні завершено. Та й навряд чи якщо остаточно завершено найближчим часом. Людство постійно удосконалює способи отримання таку необхідну йому енергії, зокрема електричної. Але буде в цього й іншого нового способу майбутнє, і вони виявляться безпечними в людини з природою? Це питання потрібно вирішувати набагато раніше, без очікування аварій та катастроф, стаючи небезпечнішими у міру проникнення людського розуму у таємниці природы.

Попри зовнішню привабливість «нетрадиційних» видів отримання електроенергії, іноді званих «малої енергетикою», вони мають ряд недоліків. Саме це друге назва каже, передусім, у тому, що з їх допомогою поки, на рівні розвитку техніки і економіки, неможливо отримати стільки ж електроенергії, як за допомогою теплової, гідрочи атомною енергетики. Але, можливо, цей недолік переборний в найближчі десятиріччя. І це які може бути шкідливі наслідків від розвитку такий нетрадиційної энергетики?

Наприклад, існує у світі дещо електростанцій, які використовують енергію припливів і відпливів в океанах і морях. Здається, що може краще — практично безвідходний спосіб отримання енергії, майже вічний двигун. Але, виявляється, якщо таких станцій побудувати багато, вони може істотно уповільнити Земля обертається навколо своєї осі! Шкода такого втручання у природу може зовсім непередбаченим і непоправним. Сонячні електростанції як і, як і вітряні, й геотермальні поки можуть бути побудовано далеко ще не везде.

На Німеччини надмірне використання енергії вітру призвело до ослаблення вітрів, що раніше не видували зміг і шкідливі відходи, виділені в довкілля фабриками і заводами, із території міст. Тепер екологія цих населених пунктів помітно ухудшилась.

А головний їхній недолік сьогодні - це дорожнеча, у великих потреби кількості матеріалів й у дуже великій території, яка також скрізь можна знайти. Будують сонячні станції з будинків й у космосі, на орбітальних станціях. У цьому використовують найсучасніші сонячні батареї. Але, на жаль, замінити собою традиційні види отримання електроенергії у потрібній кількості допоки вони не могут.

Нині провідними видами палива наразі залишаються нафта і природний газ. Але за кожним кубометром газу чи тонни нафти йти дедалі більше північ або схід, зариватися дедалі глибше в землю. Тож не дивно, що нафта й газ коштуватиме дорожче. Заміна? Потрібен новий лідер енергетики. Їм, безсумнівно, стануть ядерні джерела. Запаси урану, якщо їх з запасами вугілля, начебто немає стільки й великі. Зате на одиницю ваги він містить у собі енергію мільйони разів більшу, ніж вугілля. А результат такий: і при отриманні електроенергії на АЕС, потрібно затратити на 100 тисяч разів менше засобів і праці, аніж за добуванні енергії з вугілля. І ядерна пальне приходять зміну нафти і углю…

Завжди можна було так: наступний генератор був потужним. Те була «войовнича» лінія енергетики. Часто вона рука разом із військовими додатками: атомна бомба, воднева. У «гонитві за надлишком енергії людина весь глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і по якийто пори невідь що замислював наслідки своїх справ України та вчинків. Але часи змінилися. Зараз, кінця XX століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З’явилася енергетика «щадна», побудована так, щоб молода людина не рубав гілку, де вона сидить, піклувався про охорону вже сильно пошкодженій биосферы.

Енергетика нас дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає у собі найновітніші ідеї, винаходи, досягнення науки. І це зрозуміло: енергетика пов’язана буквально з усім, і всі прагне енергетиці, залежить від нього. Тому энергохимия, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, яка перебуває у кварках, «чорні діри», вакуумі, — це лише найяскравіші віхи, штрихи того сценарію, який пишеться очах і що можна назвати Завтрашнім Днем Энергетики.

Список використовуваної литературы.

«Енергія майбутнього» О. Н. Проценко, М., «Мовляв. Гвардія», 1980.

«Ключ до Сонцю» Е. Б. Борисов, І.І. Пятнова, М., Мовляв. Гвардія, 1964.

Енциклопедія для дітей. Техніка, М., «Аванта+», 1999.

Енциклопедія для дітей. Географія, М., «Аванта +», 1994.

«Енергетика: ж проблеми і надії», К. С. Юдасин, М., «Просвітництво», 1990.

«Енергетика сьогодні й завтра», О. Н. Проценко, М., «Мовляв. Гвардія», 1987.

«Цікаво енергетику», Ю. Г. Чирков, М., «Мовляв. Гвардія», 1981.

«Людина й океан», Громов Ф. Н., Горшков С. Г., С.-П., ВМФ, 1996 г.