Амангельдина М.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет, Казахстан

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ.

Без энергии жизнь человечества немыслима. Все мы привыкли использовать в качестве источников энергии органическое топливо – уголь, газ, нефть. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. На вопрос «что делать в преддверии энергетического кризиса?» уже давно найден ответ: надо искать другие источники энергии – альтернативные, нетрадиционные, возобновляемые.

Какие же в настоящее время существуют основные альтернативные источники энергии?

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 отдельно рассмотреть возможности использования солнечной энергии. 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 130000 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 1 км² требует примерно 104 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1,172109 тонн.

Солнечная альтернативная 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.

Одним их перспективнейших источников энергии является ветер. Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора.

Энергия - не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Соответственно, альтернативные источники энергии как нельзя актуальны.

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. Они предостерегают: разведанных запасов органического топлива при нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 50-80 лет. Конечно, можно перейти и на другие невозобновляемые источники энергии. Например, ученые уже многие годы пытаются освоить управляемый термоядерный синтез.

У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества - экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэлектростанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но, как мы увидим дальше эти недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветряных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.

К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.

Большинство источников восстанавливаемой энергии зависит от географических и природных факторов, которые различны в каждой стране. К примеру, энергия солнца и ветра больше представлена в Испании, чем в Австрии. В свою очередь, многочисленные реки и горы на территории Австрии больше подходят для строительства гидроэлектростанций. Кроме того, альтернативные источники энергии остаются крайне дорогими и
потому - пока невыгодными. Атомный реактор или угольный завод в Германии производит киловатт в час электричества за 1,5 цента. Энергия ветра стоит 10 центов, воды до 20 центов, а солнца - вплоть до 1 доллара. И хотя мы движемся в сторону использования альтернативных источников энергии, до этого еще далеко.

Тем не менее, сегодня активно проводятся исследования всех возможных восстанавливаемых источников энергии. В некоторых случаях результаты даже выглядят весьма оптимистично и позволяют надеяться на определенные изменения.

Солнечная энергия - как панели для нагрева воды, так и преобразующие батареи (энергию солнца в электроэнергию) - имеет высокий потенциал для массового использования в странах с теплым климатом и преобладающим количеством солнечных дней в календаре. На сегодняшний день наиболее эффективной технологией использования солнечной энергии являются преобразующие батареи. Единственный их недостаток - высокая стоимость.

Наиболее перспективным альтернативным источником энергии является водород, который присутствует практически в неограниченных количествах и может использоваться в топливных элементах (fuel cell) для выработки чистой энергии путем обратного электролиза. Водород может стать реальным решением проблем с окружающей средой. На сегодняшний день большинство исследований с возможным использованием водорода сосредоточено в сфере транспортных средств. В конце нынешнего года Исландия должна запустить в действие несколько автобусов на водороде, разработанных совместно компаниями Shell, Daimler-Chrysler и норвежской Norsk Hydro.

Помимо гидроэлектрической энергии, которая широко применяется в Европе и, пожалуй, уже близка к своей максимальной мощности, остальные источники восстанавливаемой энергии в ближайшем будущем останутся немногочисленными и будут охватывать небольшие географические территории. По словам одного французского ученого, это еще не означает, что такой "локальный" характер альтернативных источников энергии является недостатком, поскольку в открытых рынках наблюдается тенденция к децентрализации и использованию многочисленных источников энергии, с большей долей восстанавливаемых.

К сожалению, это не такое простое и универсальное решение энергетических проблем Европы не может развернуть масштабный план в этом направлении (кроме того, он не имеет такой юрисдикции). В конечном итоге, каждой стране придется разрабатывать собственные программы разработки и использования альтернативных источников энергии, в соответствии со своими географическими и политическими особенностями. То есть вопрос выбора нового источника для Земной энергетики остается открытым, чему способствуют «старания» монополистов нефтевой промышлености и нынешней энергетики.