Энергетика мира

Равнинные водохранилища обычно велики по площади изменяют природные

условия на значительных территориях. Ухудшается санитарное состояние

водоемов: нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в

водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел

рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно,

чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального

судоходства и орошения.

Атомные электростанции можно строить в любом районе, независимо от

его энергетических ресурсов: атомное топливо отличается большим содержанием

энергии (в 1 кг основного ядерного топлива – урана - содержится энергии

столько же, сколько в 2500 т. угля). В условиях безаварийной работы АЭС не

дают выбросов в атмосферу, поэтому безвредны для потребителя. В последнее

время создаются АТЭЦ и АСТ. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится и

электрическая и тепловая энергия, а на АСТ только тепловая.

Проблемы развития ядерной энергетики

После катастрофы на Чернобыльской АЭС под влиянием общественности в

России были существенно приторможены темпы развития атомной энергетики.

Существовавшая ранее программа ускоренного достижения суммарной мощности

АЭС в 100 млн. кВт (США уже достигли этого показателя) была фактически

законсервирована. Огромные прямые убытки повлекло закрытие всех строившихся

в России АЭС, станции, признанные зарубежными экспертами как вполне

надежные, были заморожены даже в стадии монтажа оборудования. Однако,

последнее время положение начинает меняться: в июне 93го года пущен 4ый

энергоблок Балаковской АЭС, в ближайшие несколько лет планируется пуск еще

нескольких атомных станций и дополнительных энергоблоков принципиально

новой конструкции. Известно, что себестоимость атомной энергии значительно

превышает себестоимость электроэнергии, полученной на тепловых или

гидравлических станциях, однако использование энергии АЭС во многих

конкретных случаях не только незаменимо, но и является экономически

выгодным - в США АЭС за период с 58 года по настоящий момент принесли 60

млрд. долларов чистой прибыли. Большое преимущество для развития атомной

энергетики в России создают российско-американские соглашения о СНВ-1 и СНВ-

2, по которым будут высвобождаться огромные количества оружейного плутония,

невоенное использование которого возможно лишь на АЭС. Именно благодаря

разоружению традиционно считавшаяся дорогой электроэнергия, получаемая от

АЭС, может стать примерно в два раза дешевле электроэнергии ТЭС.

Российские и зарубежные ученые-ядерщики в один голос говорят, что

для радиофобии, возникшей после чернобыльской аварии, серьезных оснований

научно-технического характера не существует. Как сообщила правительственная

комиссия по проверке причин аварии на Чернобыльской АЭС, «авария произошла

вследствие грубейших нарушений порядка управления атомным реактором РБМК-

1000 оператором и его помощниками, имевшими крайне низкую квалификацию».

Большую роль в аварии сыграла и состоявшаяся незадолго до нее передача

станции из Минсредмаша, накопившего к тому времени огромный опыт управления

ядерными объектами в МинЭнерго, где такого опыта совсем не было. К

настоящему времени система безопасности реактора РБМК существенно улучшена:

усовершенствована защита активной зоны от пережога, ускорена система

срабатывания аварийных сенсоров. Журнал Scientific American признал эти

усовершенствования решающими для безопасности реактора. В проектах нового

поколения атомных реакторов основное внимание уделяется надежному

охлаждению активной зоны реактора. Последние несколько лет сбои в работе на

АЭС в разных странах происходят редко и классифицируются как крайне

незначительные.

Развитие атомной энергетики в мире неотвратимо и это сейчас понимает

большинство населения планеты, да и сам отказ от ядерной энергетики

потребовал бы колоссальных затрат. Так, если выключить сегодня все АЭС,

потребуется дополнительно около 100 млрд. тонн условного топлива, которое

просто неоткуда взять.

Принципиально новое направление в развитии энергетики и возможной

замене АЭС представляют исследования по бестопливным электрохимическим

генераторам. Потребляя натрий, содержащийся в морской воде в избытке этот

генератор имеет КПД около 75%. Продуктом реакции здесь является хлор и

кальцинированная сода, причем возможно последующее использование этих

веществ в промышленности.

Средний коэффициент использованной мощности АЭС по странам мира

составил 70%, однако в некоторых регионах он был выше 80%.

Альтернативные источники энергии

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе,

чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они

будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как

не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом

условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие

нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют

подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран,

особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не

задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же

произойдет тогда, – а это рано или поздно случится, – когда месторождения

нефти и газа будут исчерпаны? Происшедшее повышение цен на нефть,

необходимую не только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило

задуматься о других видах топлива, пригодных для замены нефти и газа.

Особенно призадумались тогда те страны, где нет собственных запасов нефти и

газа, и которым приходится их покупать.

Поэтому в общую типологию электростанций включаются электростанции,

работающие на так называемых нетрадиционных или альтернативных источниках

энергии. К ним относят:

o энергию приливов и отливов;

o энергию малых рек;

o энергию ветра;

o энергию Солнца;

o геотермальную энергию;

o энергию горючих отходов и выбросов;

o энергию вторичных или сбросовых источников тепла и другие.

Несмотря на то, что нетрадиционные виды электростанций занимают

всего несколько процентов в производстве электроэнергии, в мире развитие

этого направления имеет большое значение, особенно учитывая разнообразие

территорий стран. В России единственным представителем этого типа ЭС

является Паужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11МВт. Станция

эксплуатируется с 1964 года и уже устарела как морально, так и физически.

Уровень технологических разработок России в этой области сильно отстает от

мирового. В удаленных или труднодоступных районах России, где нет

необходимости строить большую электростанцию, да и обслуживать ее зачастую

некому, “нетрадиционные” источники электроэнергии - наилучшее решение.

Возрастанию числа электростанций на альтернативных источниках

энергии будут способствовать следующие принципы:

o более низкая стоимость электроэнергии и тепла, получаемая от

нетрадиционных источников энергии, чем от всех других источников;

o возможность практически во всех странах иметь локальные

электростанции, делающие их независимыми от общей энергосистемы;

o доступность и технически реализуемая плотность, мощность для

полезного использования;

o возобновляемость нетрадиционных источников энергии;

o экономия или замена традиционных энергоресурсов и энергоносителей;

o замена эксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически

более чистым видам энергии;

o повышение надежности существующих энергосистем.

Практически каждая страна располагает каким-либо видом этой энергии

и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад в топливно-

энергетический баланс мира.

Солнечная энергия

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80

триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все

электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет -

самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную

энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая

построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией

отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы

гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее

не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся

усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд

в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании

“Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 %

попавшего на него солнечного света.

В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических

элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента

существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные

элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую

эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная

прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на

окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку

интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при

установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный

источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является

использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным

элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную

электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент и таким

образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет

использовать этот водород для производства электроэнергии.

Компактная передвижная электростанция сконструирована германским

инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет

мощность 4 кВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком

достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где

энергию вырабатывают сразу два устройства - ветрогенератор нового типа и

комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в

отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении

воздуха, второй - автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на

светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот

стабильно снабжает током потребителей.

Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в

удобных станциях для подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская

компания Эдисон” планирует начать испытание специальной автостанции для

машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна

стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и

различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в

городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение

всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет

использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981 году через пролив Ла-

Манш совершил перелёт первый в мире самолёт с двигателем, работающим от

солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему

потребовалось 5,5 часа. А по прогнозам учёных конца прошлого века,

ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000

электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной

энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его

“солнцеобильностью”.

Энергия ветра

На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и

возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать”

зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер - это очень

рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не

пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда

“размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и

направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его

менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые

необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых,

это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади.

Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока.

Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по

созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в

электрическую. Одна из таких установок порождает искусственный сверхураган

внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!

Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень

громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии,

необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где

дуют сильные ветры. И, тем не менее, всего одна электростанция, работающая

на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии

тысячи ветряных турбин.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток

энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как же

накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в

том, что ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в

расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в

действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.

Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных

аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания

сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в

качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ.

Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород.

Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых

электростанций по мере надобности.

Американский ученый Уильям Херонимус считает, что производить

водород за счет энергии ветра лучше всего на море. С этой целью он

предлагает установить у берега высокие мачты с ветродвигателями диаметром

60 м и генераторами. 13 тысяч таких установок могли бы разместиться вдоль

побережья Новой Англии (северо-восток США) и «ловить» преобладающие

восточные ветры. Некоторые агрегаты будут закреплены на дне мелкого моря,

другие будут плавать на его поверхности. Постоянный ток от

ветроэлектрических генераторов будет питать расположенные на дне

электролизные установки, откуда водород будет по подводному трубопроводу

подаваться на сушу.

Морская энергия

В последнее время в некоторых странах снова обратили внимание на те

проекты, которые были отвергнуты ранее как малоперспективные. Так, в

частности, в 1982 году британское правительство отменило государственное

финансирование тех электростанций, которые используют энергию моря: часть

таких исследований прекратилась, часть продолжалась при явно недостаточных

ассигнованиях от Европейской комиссии и некоторых промышленных фирм и

компаний. Причиной отказа в государственной поддержке называлась

недостаточная эффективность способов получения “морского” электричества по

сравнению с другими его источниками, в частности - атомными.

В мае 1988 года в этой технической политике произошел переворот.

Министерство торговли и промышленности Великобритании прислушалось к мнению

своего главного советника по энергетике Т. Торпа, который сообщил, что три

из шести имеющихся в стране экспериментальных установок усовершенствованы и

ныне стоимость 1 кВт/ч на них составляет менее 6 пенсов, а это ниже

минимального уровня конкурентоспособности на открытом рынке. Цена “морской”

электроэнергии с 1987 года снизилась вдесятеро.

Волны. Наиболее совершенен проект “Кивающая утка”, предложенный

конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию

стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше

стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими

электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и заметно

ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

Следует заметить, что использование источников альтернативных,

возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент

выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить

одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным

основанием быть причисленной к таким источникам.

Энергия рек

Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают

на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения

турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий

электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на

реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13

000 млн. кВт.

Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником

электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы

специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест,

где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить

множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже

существуют. В комплекте с аккумулятором они могут обеспечить энергией

крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или

небольшую мастерскую... Была бы поблизости речушка!

Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на

стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух

берегов. Остальное - дело техники: мультипликатор вращает автомобильный

генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.

Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на

речках Горного Алтая.

Энергия мирового океана

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его полученном,

сообщения об истощении топливных ресурсов – все эти видимые признаки

энергетического кризиса вызвали в последние годы во многих странах

значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии

Мирового океана.

Тепловая энергия океана. Известно, что запасы энергии в Мировом

океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. км2)

занимают моря и океаны – акватория Тихого океана составляет 180 млн. км2.

Атлантического – 93 млн. км2, Индийского – 75 млн. км2. Так, тепловая

(внутренняя) 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.

Последние десятилетие характеризуется определенными успехами в

использовании тепловой энергии океана. Так, созданы установки мини-ОТЕС и

ОТЕС-1 (ОТЕС – начальные буквы английских слов Ocean Thermal Energy

Conversion, т.e. преобразование тепловой энергии океана в электрическую). В

августе 1979 года вблизи Гавайских островов начала работать

теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в

течение трех с половиной месяцев показала ее достаточную надежность. При

непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если не считать мелких

технических неполадок, обычно возникающих при испытаниях любых новых

Страницы: 1, 2, 3