Нетрадиционные источники энергии

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ
*******************
В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. С ее помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С ее помощью можно поджарить хлеб, обогреть
жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в
море корабли. Могут сказать что энергией являются нефть и природный газ.
Однако это не так. Чтобы освободить заключенную в них энергию, их необходимо сжечь,
так же как бензин, уголь или дрова.
Ученые могут сказать, что энергия - способность к совер­шению работы, а работа совершается, когда на объект действует физическая сила (такая, как давление или гравитация). Сог­ласно формуле A=F*S, работа равна произведению силы на расс­тояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, рабо­та - это энергия в действии.
Вы не раз видели, как подпрыгивает крышка закипающего ко­фейника, как несутся санки по склону горы, как набегающая вол­на приподнимает плот. Все это примеры работы, энергии в дейс­твии, действующей на предметы.
Подпрыгивание крышки кофейника было вызвано давлением па­ра, возникшем при нагревании жидкости. Санки ехали потому, что существуют гравитационные силы. Энергия волн двигала плот.
В нашем работающем мире основой всего является энергия, без нее и не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в наличии и может быть использована, любой объект будет совер­шать работу - иногда созидательную, иногда разрушительную. Да­же музыкальный инструмент - рояль - способен совершать работу. Представьте себе, что вдоль внешней стены многоквартирно-
го дома поднимают рояль. Пока люди тянут
за за веревки, они прилагают силу, заставляющую рояль двигаться. В энергию по мере того, как все выше и выше поднимается над землей. Когда, наконец, рояль достигает
пятого этажа, он он сможет висеть на этом уровне до тех пор, пока люди внизу поддерживают его с помощью веревок и блоков. Однако представь­те, что веревки обрываются. Немедленно
проявится сила гравита­ции, и потенциальная энергия, накопленная роялем, начнет высвобождаться. Рояль рухнет вниз. Он расплющит все, что попада­ется на его пути, удариться о тротуар и разобьется вдребезги. Вся ситуация, разумеется, случайна, и тем не менее служит при­мером того, что и рояль может совершать работу. В данном слу­чае - разрушительную, но все же работу.
Мир наполнен энергией, которая может быть использована для совершения
работы разного характера. Энергия может нахо­диться в людях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях и воздухе, в реках и озерах. Однако самыми большими резервуарами накопленной энергии являются океаны огромные пространства
беспрерывно перемещающихся водных пото­ков, покрывающих около 71 % всей земной поверхности.
ЭНЕРГИЯ
СОЛНЦА
****************
В последнее время интерес к проблеме использования сол­нечной энергии резко возрос,
и хотя этот источник также отно­сится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании
непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.
Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого ко­личества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % -
пол­ностью покрыть потребности на перспективу.
К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенци­альные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. По­этому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей че­ловечества нужно разместить их на территории 130 000 км2! Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший
коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жид­костью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной кол­лектором, жидкость поступает для непосредственного использова­ния. Согласно расчетам изготовление коллекторов
солнечного из­лучения площадью 1км2, требует примерно 10^4 тонн
алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оценива­ются в
1.17*10^9 тонн.
Из написанного ясно, что существуют разные факторы, огра­ничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным приме­нять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на от­дельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все миро­вые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет сол­нечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*10^6 до 3*10^6 км2. В то же время общая площадь пахотных зе­мель в мире составляет сегодня 13*10^6 км2.
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии.
Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение пот­ребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его
обогащения, получения материалов, изго­товление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт*год электрической
энергии с помощью солнечной энергетики потребу­ется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традици­онной энергетике на органическом топливе этот показатель сос­тавляет
200-500 человеко-часов.
Пока еще электрическая энергия,рожденная солнечными луча­ми, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются,что эксперименты,которые они прове­дут на опытных установках и станциях,помогут
решить не только технические,но и экономические проблемы.
Ветровая энергия.
*****************
Огромна энергия движущихся воздушных масс.Запасы энергии ветра более чем в сто
раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на
земле дуют ветры-от легко­го ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной,
до могу­чих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всег­да
неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах
нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в
электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории-от наших
западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы
страны вдоль побережья Северного
Ледовитого океана, где она особенно
необходима мужественным людям, обжи­вающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступ­ный да и
экологически чистый источник энергии
так слабо ис­пользуется? В наши дни двигатели,
использующие ветер, покрыва­ют всего одну тысячную мировых потребностей в
энергии.
Техника 20
века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой-получение элект­роэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал
теорию вет­родвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроиз­водительные установки,
способные получать энергию от
самого слабого ветерка. Появилось
множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые
ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей
знания.
В наши
дни к созданию конструкций ветроколеса-сердца лю-
бой ветроэнергетической
установки-привлекаются специалисты-са­молетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный про­филь
лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усили­ями ученых и инженеров
созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.
Энергия рек.
************
Многие тысячелетия верно служит человеку
энергия,заклю­ченная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны.
Недаром некоторые ученые считают, что
нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода-ведь около трех
четвертей поверхнос­ти планеты покрыты водой.
Огромным аккумулятором энергии слу­жит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят
приливы и отли­вы,возникают могучие океанские
течения. Рождаются могучие ре­ки, несущие огромные массы воды в моря и океаны.
Понятно, что человечество в поисках
энергии не могло пройти мимо столь ги­гантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать
энергию рек.
Но когда наступил золотой век
электричества, произошло
возрождение водяного колеса, правда,
уже в другом обличье-в виде водяной турбины. Электрические генераторы,
производящие энергию, необходимо
было вращать, а это вполне успешно
могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно
считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.
Преимущества гидроэлектростанций очевидны-постоянно во­зобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуата­ции, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да
и опыт пост­ройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую по­мощь гидроэнергетикам. Однако постройка
плотины крупной гидро­электростанции оказалась задачей куда более сложной, чем
пост­ройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во
вращение мощные гидротурбины,
нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить
такое кол-во материалов, что обьем гигантских египетс­ких пирамид по сравнению
с ним покажется ничтожным. Поэтому в
начале 20 века было построено всего
несколько гидроэлектрос­танций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на
горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с
многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь нача­лом.
Уже в
историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строи­тельство крупных
гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вош­ла Волховская ГЭС, в
следующем-началось строительство знамени­той Днепровской. Дальновидная
энергетическая политика,проводя­щаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в од­ной стране мира, развита
система мощных гидроэлектрических станций. Ни
одно государство не
может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские,
Красноярская и Братс­кая,
Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции,дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились
мощные про­мышленные комплексы.
Но
пока людям служит лишь небольшая часть
гидроэнергети­ческого потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды,
обра­зовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неисполь­зованными. Если бы удалось задержать их с помощью
плотин, че­ловечество получило бы дополнительно колоссальное кол-во энер­гии.
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.
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 (еще древние римляне к знаменитым баням-тер­мам
Каракаллы-подвели воду из-под земли),
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.
ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.
************************
Известно, что запасы энергии в Мировом
океане колоссаль­ны. Так, тепловая
(внутренняя) энергия, соответствующая перег­реву поверхностных вод океана по
сравнению с донными, скажем, на 20
градусов, имеет величину порядка 10^26
Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10^18 Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать
лишь ничтожные доли
этой
энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся ка­питаловложений,
так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.
Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ис­копаемых
топлив (прежде всего нефти и газа), использование ко­торых к тому же связано с
существенным загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое
"загрязнение", и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной уг­лекислоты), резкая ограниченность запасов урана
(энергетичес­кое использование которых к тому же порождает опасные радиоак­тивные
отходы) и неопределенность как сроков,
так и экологи­ческих последствий
промышленного использования
термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее вни­мание
поискам возможностей рентабельной
утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов
уровня во­ды в реках, но и солнечного
тепла, ветра и энергии в Мировом
океане.
Широкая общественность, да
и многие специалисты еще не
знают, 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.
Наиболее очевидным способом использования
океанской энер­гии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). 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. кВт*ч.
Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ способ постройки
блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и
рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в
часы их максимальной нагрузки
потребителями. Его идеи проверены на ПЭС,
построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.
Неожиданной возможностью океанской
энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих
гигантских водо­рослей келп, легко
перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По
имеющимся оценкам, для
полного обеспечения энергией каждого человека - потребителя достаточно
одного гектара плантаций келпа.
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. В какой-то мере
аналогичными, но как пока кажется,
вероятно, более далекими представляются перспек­тивы получения электроэнергии
за счет различия между соленой и пресной, например морской и речной водой.
Уже немало инженерного искусства вложено в
макеты генера­торов электроэнергии,
работающих за счет морского волнения, причем обсуждаются
перспективы электростанций с мощностями
на многие тысячи киловатт. Еще больше сулят гигантские турбины на таких
интенсивных и стабильных океанских течениях, как Гольфс­трим.
Представляется,
что 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 улучшить
существующие и создадут новые
перспективы для промышленного использования энергетичес­ких ресурсов Мирового
океана. Думается, что при
современных темпах научно-технического
прогресса существенные сдвиги
в океанской энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия.
Океан наполнен внеземной энергией, которая
поступает в него из космоса. Она доступна и безопасна, и не загрязняет ок­ружающую среду, неиссякаема и свободна.

Атмосфера,ее основные характеристики.Источники и состав загрязнений атмосферного вохдуха.Загрязнение атмосферы при эксплуатации и испытании энергетических установок. Физические и экологические последствия загрязнения атмосферы

АТМОСФЕРА, газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие – азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1.

Поиск по сайту: