В настоящее время исследования по использованию солнечной энергии ведутся на всех континентах. В к 2020 г. предполагают удовлетворить от 10 до 30% своих энергетических потребностей страны за счет солнечных установок, в в 2010 г. - 3%. Национальные программы развития солнечной энергетики приняты в 68 странах.

Солнечная радиация, достигающая внешних границ земной атмосферы, несет энергию в 5,6 106 ЭДж в год (Р = 17 млрд кВт). Около 65 % этой энергии расходуется на нагрев поверхности, испарительно-осадочный цикл, фотосинтез, а также на образование волн, воздушных и океанских течений и ветра, 35% солнечной энергии отражается. Поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности, в 9 тыс. раз больше суммарной энергии, производимой в мире в настоящее время с помощью органических видов топлива и урана.

Солнечная энергия обладает рядом преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в 2100 г., человечеству достаточно использовать меньше 0,1 % падающей на Землю солнечной энергии или сороковую часть солнечной энергии, падающей пустыни. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800-1000 Вт/м2), ее интенсивность меняется в течении суток, зависит от сезона и т.д. Как падающая, так и рассеянная относится к прямым видам солнечной энергии. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу.

Условно можно выделить четыре направления использования солнечной энергии: теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое. Теплотехническое направление (солнечное теплоснабжение) основано на нагревании теплоносителей, например воды, обычными или сконцентрированными солнечными лучами в специальных устройствах-коллекторах. Этот способ уже стал находить практическое применение в США, Японии, в южных районах нашей страны для опреснения и получения горячей воды, обогрева зданий зимой и охлаждения их летом, для сушки различных продуктов и материалов, питания термопреобразователей и т. п. Уже при сегодняшней эффективности солнечные коллекторы могут оказаться экономически целесообразными вплоть до районов, лежащих на 56-й широте (примерно на широте Москвы). Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому способу использования электрической энергии.

К существенному прогрессу здесь привели открытия, сделанные за последние 10 - 20 лет в физике и химии полупроводников. На их основе были созданы фотоэлектрические преобразователи - солнечные батареи, которые ныне широко используются на космических кораблях. КПД батарей составляет 12-15%, а на лабораторных образцах достигнуты и значительно лучшие результаты (28 - 29 %).

Теоретические исследования привели к выводам о принципиальной возможности достижения в полупроводниковых структурах с переменной шириной запрещенной зоны, использующих объемный фотоэффект, коэффициента полезного действия, близкого к 90%. Однако, широкое использование полупроводниковых преобразователей в наземной энергетике сдерживается из-за их пока еще высокой стоимости (стоимость выработки электроэнергии солнечными батареями выше, чем при традиционных способах). Следовательно, одно из главных направлений здесь - разработка более дешевых преобразователей, например, с использованием пленочных и органических полупроводников, и менее дорогих технологий их производства.

Геотермальная энергетика на базе термальных (горячих подземных) вод развивается достаточно интенсивно в США, на , в , Италии, Японии, где построены геотермальные тепловые электростанции. В России большие ресурсы геотермальной энергии имеются на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, меньшие - на Кавказе. Геотермальная энергия может применяться в сельском (обогрев теплиц) и коммунальном (горячее водоснабжение) хозяйствах. К геотермальному водоснабжению подключены некоторые населенные пункты Дагестана, Ингушетии, Краснодарского и Ставропольского краев, Камчатки.

Океаны содержат огромный потенциал в виде тепловой энергии по глубине толщи воды (радиации, температур верхнего и нижнего слоев воды), а также энергию океанических течений, морских волн и приливов. В мире наиболее развиты работы по приливным электростанциям (ПЭС). В 1966 г. во Франции построена ПЭС «Ранс», вырабатывающая 500 млн кВт ч электроэнергии в год, в 1968 г. в России - Кислогубская ГТЭС на , в 1984 г. - ПЭС в Канаде мощностью 20 МВт.

Перспективно производство энергии биомассы, получаемой в результате переработки органических отходов. Разработаны технологии производства биогаза и этанола, которые можно использовать как топливо и компост (органические удобрения) из органических отходов животноводческих комплексов, свинокомплексов, птицефабрик, городских сточных вод, бытовых отходов, отходов деревообрабатывающей промышленности.

Альтернативная энергетика - это нетрадиционные способы получения, передачи и использования энергии. Известна также как «зелёная» энергия». Под альтернативными источниками понимаются возобновляемые ресурсы (такие как вода, солнечный свет, ветер, энергия волн, геотермальные источники, нетрадиционное сжигание возобновляемого топлива).

Базируется на трёх принципах:

1. Возобновляемость.
2. Экологичность.
3. Экономичность.

Альтернативная энергетика должна решить несколько остро стоящих в мире проблем: трата полезных ископаемых и выделение в атмосферу углекислого газа (это происходит при стандартных способах добычи энергии через газ, нефть и т.д.), что влечёт за собой глобальное потепление, необратимое изменение экологии и парниковый эффект.

Развитие альтернативной энергетики

Направление считается новым, хотя попытки использовать энергию ветра, воды и солнца предпринимались ещё в 18 веке. В 1774 году издан первый научный труд по гидротехническому строительству - «Гидравлическая архитектура». Автор работы - французский инженер Бернар Форест де Белидор. После издания труда почти на 50 лет развитие зелёного направления застыло.

• 1846 - первая ветроустановка, проектировщик - Пол ла Кур.
• 1861 - патент на изобретение солнечной электростанции.
• 1881 - постройка гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.
• 1913 - сооружение первой геотермальной станции, инженер - итальянец Пьеро Джинори Конти.
• 1931 - постройка первой промышленной ветряной станции в Крыму.
• 1957 - установка в Нидерландах мощной ветротурбины (200 кВт), подключённой к государственной сети.
• 1966 - строительство первой станции, вырабатывающей энергию на основе волн (Франция).

Новый толчок в развитии альтернативная энергетика получила в период жёсткого кризиса 1970 годов. С 90-ых годов по начало 21 века в мире зафиксировано критическое количество аварий на электростанциях, что стало дополнительным стимулом разработки зелёной энергии.

Альтернативная энергетика в России

Доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1% (по данным Минэнерго). К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%. Развитие зелёной энергии будет проводиться не только средствами Правительства. РФ привлекает частных предпринимателей, обещая небольшой возврат средств (2,5 копеек за 1 кВт в час) тем бизнесменам, которые вплотную займутся альтернативными разработками.

Потенциал развития зелёной энергии в РФ огромен:

• океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка, Чукотка и др. территории ввиду малой заселённости и застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии;
• источники солнечной энергии в совокупности превышают то количество ресурсов, которые производятся путём переработки нефти и газа, - наиболее благоприятны в этом отношении Краснодарский и Ставропольский края, Дальний Восток, Северный Кавказ и др.

(Крупнейшая солнечная электростанция на Алтае, Россия )

В последние годы финансирование этой отрасли сократилось: планка в 333 млрд рублей опустилась до 700 млн. Это объясняется мировым экономическим кризисом и наличие неотложных проблем. На данный момент альтернативная энергетика не является приоритетным направлением в промышленности России.

Альтернативная энергетика стран мира

(Ветряные генераторы в Дании )

Наиболее динамично развивается гидроэнергетика (ввиду доступности водных ресурсов). Ветровая и солнечная энергия значительно отстают, хотя некоторые страны предпочитают двигаться именнов этих направлениях.

Так, с помощью ветряных установок добывается энергии (от общего числа):

• 28% в Дании;
• 19% в Португалии;
• 16% в Испании;
• 15% в Ирландии.

Спрос на солнечную энергию ниже, чем предложение: устанавливается половина источников от того числа, которое могут обеспечить производители.

(Солнечная электростанция в Германии )

ТОП-5 лидеров по производству зелёной энергии (данные портала вести.ру):

1. США (24,7%) - (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).
2. Германия - 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).
3. Испания - 7,8% (ветряные источники).
4. Китай - 7,6% (все типы источников, половина из них - ветряная энергетика).
5. Бразилия - 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).

(Крупнейшая солнечная электростанция в Испании )

Одна из наиболее труднорешаемых проблем - финансы. Зачастую пользоваться традиционными источниками энергии дешевле, чем устанавливать новое оборудование. Одним из потенциально позитивных решений этой задачи является резкое поднятие цен на свет, газ и т.д., чтобы вынудить людей экономить и со временем полностью перейти на альтернативные источники.

Прогнозы развития сильно варьируются. Так, Wind Energy Association обещает,ч то к 2020 году доля зелёной энергии вырастет до 12%, а EREC предполагает, что в 2030 году уже 35% энергопотребления в мире будет обеспечиваться из возобновляемых источников.

Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движущиеся массы воды, она хранится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгранична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования.

За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и способов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал человеком только тогда, когда научился получать и использовать тепловую энергию. Огонь костров зажгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преобразования химической энергии в тепловую сохраняется и совершенствуется уже на протяжении тысячелетий.

К энергии собственных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изобрели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью тепловой энергии огня – гончарные печи, в которых получали прочные керамические изделия. Конечно, процессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя.

Потом люди придумали мельницы – технику для преобразования энергии ветряных потоков и ветра в механическую энергии вращающегося вала. Но только с изобретением паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжение достаточно мощные технические устройства. Они способны преобразовать природную энергию в иные ее виды, удобные для применения и получения больших количеств работы. Поиск новых источников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и – уже в середине ХХ столетия – атомные реакторы.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для другого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выбросы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят большой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В худшем случае такой пожар может сопровождаться взрывом с образованием облака угольной пыли или сажи.

Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют природе гидроэлектростанции! Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, особенно если их несколько - так называемые каскады ГЭС, – резко меняется количество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельского хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.

Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда - дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые - малые, или «нетрадиционные», – виды получения энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле.

Энергия воды

С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов, относящихся к «возобновляемым источникам энергии».

Океан - гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

Приливные электростанции

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей повелителя морей Посейдона. В XVIII в. английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн - перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины…

Мировая электроэнергетика

Руководитель: Гаврикова Ольга Николаевна

Нижний Новгород

Рецензия

TOC o «1-2» h z u Введение. PAGEREF _Toc43360883 h 3

Общие положения. PAGEREF _Toc43360884 h 4

Типы и видыэлектростанций. PAGEREF _Toc43360885 h 6

Факторы, влияющие на размещение электрическихстанций. PAGEREF _Toc43360886 h 10

Проблемы развитияядерной энергетики. PAGEREF _Toc43360887 h 11

Альтернативныеисточники энергии. PAGEREF _Toc43360888 h 13

Солнечная энергия. PAGEREF _Toc43360889 h 14

Энергия ветра. PAGEREF _Toc43360890 h 15

Морская энергия. PAGEREF _Toc43360891 h 16

Энергия рек. PAGEREF _Toc43360892 h 16

Энергия мировогоокеана. PAGEREF _Toc43360893 h 17

Энергия земли. PAGEREF _Toc43360894 h 20

Энергия из отходов. PAGEREF _Toc43360895 h 20

Энергия навоза. PAGEREF _Toc43360896 h 20

Водородная энергетика. PAGEREF _Toc43360897 h 21

Заключение. PAGEREF _Toc43360898 h 24

Список литературы… PAGEREF _Toc43360899 h 25

Введение

Современное общество кконцу ХХ века столкнулось с энергетическими проблемами, которые приводилиизвестной степени даже к кризисам. Человечество старается найти новые источникиэнергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизнатранспортировки, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят навторой план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либодругое. Всё большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: её можноиспользовать как в ядерных реакторах космических челноков, так и в легковомавтомобиле.

Все традиционныеисточники энергии обязательно закончатся, особенно при постоянно возрастающихпотребностях людей. Поэтому на рубеже XXI века человек стал задумываться о том,что станет основой его существования в новой эре. Есть и другие причины, всвязи с которыми человечество обратилось к альтернативным источникам энергии. Во-первых,непрерывный рост промышленности, как основного потребителя всех видов энергии(при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на – 35 –40 лет, газа – на 50 лет). Во-вторых, необходимость значительныхфинансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работысвязаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) идругими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологическиепроблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Не менее важной причинойнеобходимости освоения альтернативных источников энергии является проблемаглобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2),высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла,электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловоеизлучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемыйпарниковый эффект.

Общие положения

Электроэнергетика - отрасль промышленности, занимающаяся производством электроэнергии наэлектростанциях и передачей ее потребителям, является также одной из базовыхотраслей тяжёлой промышленности.

Энергетика является основой развития производственныхсил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работупромышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств.Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейсяэнергетики.

Научно-технический прогресс невозможен без развитияэнергетики, электрификации. Для повышения производительности трудапервостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственныхпроцессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного)машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации иавтоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенноширокое применение электрическая энергия получила для привода в действиеэлектрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения)различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отрасляхтехники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт(генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребностив ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природныхтоплив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерноготоплива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителяхплутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии,причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зренияпростоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых дляпостройки станции, долговечности станций.

Энергетическая промышленность является частьютопливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другойсоставляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливнойпромышленностью.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народногохозяйства рассматривается как часть единой народно-хозяйственной экономическойсистемы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима.Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленностьи сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быттакже невозможно. Столь широкое распространение объясняется ее специфическимисвойствами:

o

возможностипревращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую,звуковую, световую и другие);

o

способностиотносительно просто передаваться на значительные расстояния в большихколичествах;

o

огромнымскоростям протекания электромагнитных процессов;

o

способности кдроблению энергии и образование ее параметров (изменение напряжения, частоты).

Основным потребителем электроэнергии остаетсяпромышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потребленииэлектроэнергии во всём мире значительно снижается. Электрическая энергия впромышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственнов технологических процессах. В настоящее время коэффициент электрификации силовогопривода в промышленности составляет 80%. При этом около 1/3электроэнергиирасходуется непосредственно на технологические нужды.

В сельском хозяйстве электроэнергия применяется дляобогрева теплиц и помещений для скота, освещения, автоматизации ручного трудана фермах.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортномкомплексе. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированныйжелезнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорогза счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок,повышать экономию топлива. Электрифицированный номинал железных дорог в России,составлял по протяженности 38% всех железных дорог страны и около 3% железныхдорог мира, обеспечивает 63% грузооборота железных дорог России и 1/4 мировогогрузооборота железнодорожного транспорта. В Америке и, особенно в странахЕвропы, эти показатели несколько выше.

Электроэнергия в быту является основной частьюобеспечения комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники,телевизоры, стиральные машины, утюги и другие) были созданы благодаря развитиюэлектротехнической промышленности.

Сегодня по потреблению электроэнергии на душунаселения Россия уступает 17 странам мира, среди которых США, Франция, Германия,от многих из этих стран отстает и по уровню электровооруженности труда впромышленности и сельском хозяйстве. Потребление электроэнергии в быту и сфереуслуг в России 2-5 раз ниже, чем в других развитых странах. При этомэффективность и результативность использования электроэнергии в России заметно меньше,чем в ряде других стран.

Электроэнергетика - важнейшая часть жизнедеятельностичеловека. Уровень ее развития отражает уровень развития производительных силобщества и возможности научно-технического прогресса.

Типы и видыэлектростанций

Теплоэнергетика

Первые ТЭС появились в конце XIXвека (в 1882 - в Нью-Йорке, 1883 - в Петербурге, 1884- в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х годовХХ века ТЭС - основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой имиэлектроэнергии составляла: в России и США 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Сейчас около 50% всей электроэнергии мира производитсяна тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС.Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не толькоэлектроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-такинепрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайнонизка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжениясильно при передаче также понижается (КПД достигает 60 – 70%). Подсчитано, чтопри протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинствагородов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становитсяэкономически выгодна. На размещение тепловых электростанций оказывает основноевлияние топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные ТЭС расположены вместах добычи топлива. Тепловые электростанции, использующие местные виды органическиетоплив (торф, сланцы, низкокалорийные и многозольные угли, мазут, газ),ориентируются на потребителя и одновременно находятся у источников топливныхресурсов.

Принцип работы тепловых станций основан напоследовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую иэлектрическую энергию. Основным оборудованием ТЭС является котел, турбина,генератор. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, котораяпреобразуется в энергию водяного пара. В турбине водяной пар превращается вмеханическую энергию вращения. Генератор превращает энергию вращения вэлектрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в видепара из турбины либо котла.

Тепловые электростанции имеют как свои преимущества,так и недостатки. Положительным по сравнению с другими типами электростанцийявляется относительно свободное размещение, связанное с широкимраспространением и разнообразием топливных ресурсов; способность вырабатыватьэлектроэнергию без сезонных колебаний. К отрицательным относятся следующиефакторы: ТЭС обладает низким коэффициентом полезного действия, еслипоследовательно оценить различные этапы преобразования энергии, то увидим, чтоне более 32% энергии топлива превращается в электрическую. Топливные ресурсынашей планеты ограничены, поэтому нужны электростанции, которые не будутиспользовать органическое топливо. Кроме того, ТЭС оказывает крайне неблагоприятноевоздействие на окружающую среду. Тепловые электростанции всего мира, в томчисле и России выбрасывает в атмосферу ежегодно 200-250 млн. тонн золы и около60 млн. тонн сернистого ангидрида, они поглощают огромное количество кислорода.

Гидроэнергетика

По количеству вырабатываемой энергии на втором местенаходятся гидравлические электростанции (ГЭС). Они производят наиболее дешевуюэлектроэнергию, но имеют довольно большую себестоимость постройки. Именно ГЭС позволилисоветскому правительству в первые десятилетия советской власти совершить большойпрорыв в промышленности.

Современные ГЭС позволяют производить до 7 млн. кВтэнергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и, пока,АЭС, однако размещение ГЭС в Европе затруднено по причине дороговизны земли и невозможностизатопления больших территорий в данных регионах. Важным недостатком ГЭСявляется сезонность их работы, столь неудобная для промышленности.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС накрупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭСсооружалась на равнинных реках. Равнинные водохранилища обычно велики поплощади и изменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшаетсясанитарное состояние водоемов: нечистоты, которые раньше выносились реками,накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры дляпромывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно,чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормальногосудоходства и орошения. Во всех странах мира стараются отказаться от использованияГЭС на равнинных реках, переходя на быстрые горные реки или АЭС.

Гидравлические электростанции используют для выработкиэлектроэнергии гидроэнергетические ресурсы, то есть силу падающей воды.Существует три основных вида ГЭС:

1.

Гидроэлектрические станции.

Технологическая схема их работы довольна проста.Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы спомощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсыиспользуются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическаяэнергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию.

2.

Приливные станции.

Природа сама создает условия для получения напора, подкоторым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливовуровень морей меняется на северных морях - Охотском, Беринговом, волнадостигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и такимобразом создается напор. Так как приливная волна периодически изменяется, то всоответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использованиеприливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком такихстанций является вынужденный режим. Приливные станции (ПЭС) дают свою мощностьне тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов иотливов воды. Велика также стоимость сооружений таких станций.

3.

Гидроаккумулирующие электростанции.

Их действие основано на цикличном перемещении одного итого же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы,когда потребность электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнеговодохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии,производимой электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потреблениеэлектричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатываяпри этом энергию. Это выгодно, так как остановки ТЭС в ночное время невозможны.Таким образом ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок. В России,особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций,в том числе ГАЭС.

Кроме перечисленных достоинств и недостатковгидравлические электростанции имеют следующие: ГЭС являются весьма эффективнымиисточниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты вуправлении и имеют высокий КПД - более 80%. В результате производимая энергияна ГЭС самая дешевая. Огромное достоинство ГЭС – возможность практическимгновенного автоматического запуска и отключение любого требуемого количестваагрегатов. Но строительство ГЭС требует длительных сроков и больших удельныхкапиталовложений, это связано с потерей земель на равнинах, наносит ущербрыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии значительноменьше их доли в установленной мощности, что объясняется тем, что их полнаямощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводныегоды. Поэтому, несмотря на обеспеченность многих стран мира гидроэнергетическимиресурсами, они не могут служить основной выработки электроэнергии.

Атомная энергетика.

Первая в мире АЭС - Обнинская была пущена в 1954 годув России. Персонал 9 российских АЭС составляет 40,6 тыс. человек или 4% отобщего числа населения занятого в энергетике. 11,8% или 119,6 млрд. кВт всейэлектроэнергии, произведенной в России выработано на АЭС. Только на АЭС ростпроизводства электроэнергии сохраняется высоким.

Планировалось, что удельный вес АЭС в производствеэлектроэнергии достигнет в СССР в 1990 г. 20%, фактически было достигнутотолько 12,3%. Чернобыльская катастрофа вызвала сокращение программы атомногостроительства, с 1986 г. в эксплуатацию были введены только 4 энергоблока. АЭС,являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенныхпреимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционированияони обсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источникусырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новыеэнергоблоки имеют мощность практичеки равную мощности средней ГЭС, однакокоэффициэнт использования установленной мощности на АЭС (80%) значительнопревышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.

Значительных недостатков АЭС при нормальных условияхфункционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭСпри возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п.- здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасностьрадиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора. Однакоповседневная работа АЭС сопровождается рядом негативных последствий:

1.

Существующиетрудности в использовании атомной энергии – захоронение радиоактивныхотходов. Для вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой исистемой охлаждения. Захоронение производится в земле, на больших глубинах в теологическистабильных пластах.

2.

Катастрофическиепоследствия аварий на некоторых устаревших АЭС – следствие несовершенной защитысистемы.

3.

Тепловоезагрязнение используемых АЭС водоёмов.

Функционирование АЭС, как объектов повышеннойопасности, требует участия государственных органов власти и управления вформировании направлений развития, выделения необходимых средств.

Факторы, влияющие на размещение электрических станций

На размещение различных видов электростанций влияютразличные факторы. На размещение тепловых электростанций оказывает основноевлияние топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные ТЭС расположены,как правило, в местах добычи топлива, чем крупнее электростанция, тем дальшеона может передавать электроэнергию. Потребительскую ориентацию имеют электростанции,использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать.Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрахнефтеперерабатывающей промышленности.

Так как гидравлические электростанции используют длявыработки электроэнергии силу падающей воды, то, соответственно, ориентированына гидроэнергетические ресурсы. Огромные гидроэнергетические ресурсы мирарасположены неравномерно. Для гидростроительства в нашей стране было характерносооружение на реках каскадов гидроэлектростанциях. Каскад-группа ТЭС, расположенныхступенями по течению водного потока для последовательного использования егоэнергии. При этом помимо получения электроэнергии, решаются проблемы снабжениянаселения и производства водой, устранение паводков, улучшения транспортныхусловий. К сожалению, создание каскадов в стране привело к крайне негативнымпоследствиям: потере ценных сельскохозяйственных земель, нарушениюэкологического равновесия.

Равнинные водохранилища обычно велики по площадиизменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшается санитарноесостояние водоемов: нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаютсяв водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел реки водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем нагорных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходстваи орошения.

Атомные электростанции можно строить в любом районе,независимо от его энергетических ресурсов: атомное топливо отличается большимсодержанием энергии (в 1 кг основного ядерного топлива – урана - содержитсяэнергии столько же, сколько в 2500 т. угля). В условиях безаварийной работы АЭСне дают выбросов в атмосферу, поэтому безвредны для потребителя. В последнее времясоздаются АТЭЦ и АСТ. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится иэлектрическая и тепловая энергия, а на АСТ только тепловая.

Проблемы развитияядерной энергетики

После катастрофы на Чернобыльской АЭС под влияниемобщественности в России были существенно приторможены темпы развития атомнойэнергетики. Существовавшая ранее программа ускоренного достижения суммарноймощности АЭС в 100 млн. кВт (США уже достигли этого показателя) была фактическизаконсервирована. Огромные прямые убытки повлекло закрытие всех строившихся вРоссии АЭС, станции, признанные зарубежными экспертами как вполне надежные,были заморожены даже в стадии монтажа оборудования. Однако, последнее времяположение начинает меняться: в июне 93го года пущен 4ыйэнергоблок Балаковской АЭС, в ближайшие несколько лет планируется пуск ещенескольких атомных станций и дополнительных энергоблоков принципиально новойконструкции. Известно, что себестоимость атомной энергии значительно превышаетсебестоимость электроэнергии, полученной на тепловых или гидравлическихстанциях, однако использование энергии АЭС во многих конкретных случаях нетолько незаменимо, но и является экономически выгодным - в США АЭС за период с58 года по настоящий момент принесли 60 млрд. долларов чистой прибыли. Большоепреимущество для развития атомной энергетики в России создаютроссийско-американские соглашения о СНВ-1 и СНВ-2, по которым будутвысвобождаться огромные количества оружейного плутония, невоенное использованиекоторого возможно лишь на АЭС. Именно благодаря разоружению традиционносчитавшаяся дорогой электроэнергия, получаемая от АЭС, может стать примерно вдва раза дешевле электроэнергии ТЭС.

Российские и зарубежные ученые-ядерщики в один голосговорят, что для радиофобии, возникшей после чернобыльской аварии, серьезныхоснований научно-технического характера не существует. Как сообщилаправительственная комиссия по проверке причин аварии на Чернобыльской АЭС,«авария произошла вследствие грубейших нарушений порядка управления атомнымреактором РБМК-1000 оператором и его помощниками, имевшими крайне низкуюквалификацию». Большую роль в аварии сыграла и состоявшаяся незадолго до неепередача станции из Минсредмаша, накопившего к тому времени огромный опытуправления ядерными объектами в МинЭнерго, где такого опыта совсем не было. Кнастоящему времени система безопасности реактора РБМК существенно улучшена:усовершенствована защита активной зоны от пережога, ускорена система срабатыванияаварийных сенсоров. Журнал ScientificAmericanпризнал эти усовершенствованиярешающими для безопасности реактора. В проектах нового поколения атомных реакторовосновное внимание уделяется надежному охлаждению активной зоны реактора.Последние несколько лет сбои в работе на АЭС в разных странах происходят редкои классифицируются как крайне незначительные.

Развитие атомной энергетики в мире неотвратимо и этосейчас понимает большинство населения планеты, да и сам отказ от ядернойэнергетики потребовал бы колоссальных затрат. Так, если выключить сегодня всеАЭС, потребуется дополнительно около 100 млрд. тонн условного топлива, котороепросто неоткуда взять.

Принципиально новое направление в развитии энергетикии возможной замене АЭС представляют исследования по бестопливнымэлектрохимическим генераторам. Потребляя натрий, содержащийся в морской воде визбытке этот генератор имеет КПД около 75%. Продуктом реакции здесь являетсяхлор и кальцинированная сода, причем возможно последующее использование этихвеществ в промышленности.

Средний коэффициент использованной мощности АЭС постранам мира составил 70%, однако в некоторых регионах он был выше 80%.

Альтернативныеисточники энергии

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь небесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет,израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумыватьсянад тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишьпри этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многиенефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренныеим природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районеПерсидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь, что черезнесколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, – а эторано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны?Происшедшее повышение цен на нефть, необходимую не только энергетике, но итранспорту, и химии, заставило задуматься о других видах топлива, пригодных длязамены нефти и газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нетсобственных запасов нефти и газа, и которым приходится их покупать.

Поэтому в общую типологию электростанций включаютсяэлектростанции, работающие на так называемых нетрадиционных или альтернативныхисточниках энергии. К ним относят:

o

энергию приливови отливов;

o

энергию малыхрек;

o

энергию ветра;

o

энергию Солнца;

o

геотермальнуюэнергию;

o

энергию горючихотходов и выбросов;

o

энергию вторичныхили сбросовых источников тепла и другие.

Несмотря на то, что нетрадиционные виды электростанцийзанимают всего несколько процентов в производстве электроэнергии, в миреразвитие этого направления имеет большое значение, особенно учитывая разнообразиетерриторий стран. В России единственным представителем этого типа ЭС являетсяПаужетская ГеоТЭС на Камчатке мощностью 11МВт. Станция эксплуатируется с 1964года и уже устарела как морально, так и физически. Уровень технологическихразработок России в этой области сильно отстает от мирового. В удаленных илитруднодоступных районах России, где нет необходимости строить большуюэлектростанцию, да и обслуживать ее зачастую некому, “нетрадиционные” источникиэлектроэнергии - наилучшее решение.

Возрастанию числа электростанций на альтернативныхисточниках энергии будут способствовать следующие принципы:

o

более низкаястоимость электроэнергии и тепла, получаемая от нетрадиционных источников энергии,чем от всех других источников;

o

возможностьпрактически во всех странах иметь локальные электростанции, делающие их независимымиот общей энергосистемы;

o

доступность итехнически реализуемая плотность, мощность для полезного использования;

o

возобновляемостьнетрадиционных источников энергии;

o

экономия илизамена традиционных энергоресурсов и энергоносителей;

o

заменаэксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически более чистым видамэнергии;

o

повышениенадежности существующих энергосистем.

Практически каждая страна располагает каким-либо видомэтой энергии и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад втопливно-энергетический баланс мира.

Солнечная энергия

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекунднодает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чемвсе электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет - самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную энергиюсвоим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено ужеболее пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещенияплощадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадьюмиллион квадратных метров.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получениеэлектричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалистынепрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать ихэффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологийкомпании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию37 % попавшего на него солнечного света.

В Японии ученые работают над совершенствованиемфотогальванических элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечногоэлемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочныеэлементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективностьи экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволятлегко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергиейжилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и невезде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданиюпотребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решенийэтого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе сдвухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечныеэлементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливныйэлемент и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элементсможет использовать этот водород для производства электроэнергии.

Компактная передвижная электростанция сконструированагерманским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг онаимеет мощность 4 кВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротокомдостаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергиювырабатывают сразу два устройства - ветрогенератор нового типа и комплектсолнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие отобычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй - автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытаяэнергия накапливается в аккумулят

Весь мир сегодня в поисках новых источников энергии. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить разграбления полного истощения природных ресурсов. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны не задумываются о последствиях своей деятельности. Они расходуют нефтяные запасы, не задумываясь о будущем. 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 альтернативные источники энергии начали искать 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: энергию приливов и отливов; энергию малых рек;·энергию ветра; энергию Солнца; геотермальную энергию; энергию горючих отходов и выбросов; 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: более низкая стоимость электроэнергии и тепла, получаемая от нетрадиционных источников энергии, чем от всех других источников; возможность практически во всех странах иметь локальные электростанции, делающие их независимыми от общей энергосистемы; доступность и технически реализуемая плотность, мощность для полезного использования; возобновляемость нетрадиционных источников энергии; экономия или замена традиционных энергоресурсов и энергоносителей; замена эксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически более чистым видам энергии; 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. 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”.

С 1988 года на Керченском полуострове работает Крымская солнечная электростанция. Кажется, самим здравым смыслом определено ее место. Уж если где и строить такие станции, так это в первую очередь в краю курортов, санаториев, домов отдыха, туристских маршрутов; в краю, где надо много энергии, но еще важнее сохранить в чистоте окружающую среду, само благополучие которой, и прежде всего чистота воздуха, целебно для человека. Крымская СЭС невелика - мощность всего 5 МВт. В определенном смысле она - проба сил. Хотя, казалось бы, чего еще надо пробовать, когда известен опыт строительства гелиостанций в других странах.

На острове Сицилия еще в начале 80-х годов дала ток солнечная электростанция мощностью 1 МВт. Принцип ее работы тоже башенный. Зеркала фокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на 50-метровой высоте. Там вырабатывается пар с температурой более 600 °С, который приводит в действие традиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. Неоспоримо доказано, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10-20 МВт, а также и гораздо больше, если группировать подобные модули, подсоединяя их друг к другу.

Несколько иного типа электростанция в Алькерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот, а тот уже нагревает воду до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевый аккумулятор тепла обеспечивает не только непрерывную работу электростанции, но дает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурную погоду и ночью. Мощность испанской станции имеет всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть созданы куда более крупные - до 300 МВт. В установках этого типа концентрация солнечной анергии настолько высока, что КПД паротурбинного процесса здесь ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях. Тем не менее солнечные фотоэлементы уже сегодня находят свое специфическое применение. Они оказались практически незаменимыми источниками электрического тока в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях, а на Земле - в первую очередь для питания телефонных сетей в не электрифицированных районах или же для малых потребителей тока (радиоаппаратура, электрические бритвы и зажигалки и т.п.). Полупроводниковые солнечные батареи впервые были установлены на третьем советском искусственном спутнике Земли (запущенном на орбиту 15 мая 1958 г.).

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.

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. 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. 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.

Энергия приливов и отливов. 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. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные воды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней. Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Мощность электростанций в некоторых местах могла бы составить 2-20 МВт. Первая морская приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в бухте Ди около Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи на восточном побережье, истратили 7 млн. долл., но работы пришлось прекратить из-за неудобного для строительства, слишком глубокого и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.

Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, но правительство не утвердило дорогостоящий проект.

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 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.

В настоящее время в ряде стран, и в первую очередь в Англии, ведутся интенсивные работы по использованию энергии морских волн. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению.

Энергия земли. Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать электричество. Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который вращает турбину. Такой вид энергии называется геотермальной энергией. Она используется, например, в Новой Зеландии и Исландии.

Энергия из отходов. Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное - объем закрытых свалок сократился на 78%.

Энергия навоза. Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению. Известно, что теплоцентрали - активные загрязнители окружающей среды, как и свинофермы и коровники. Именно второй способ получения энергии выбрали в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы - для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.

Подводя итог, нужно отметить, что на сегодняшний день роль альтернативных источников энергии растёт, что благоприятно сказывается на природных запасах, экологической ситуации в мире. В первую очередь этот рост происходит благодаря странам, где нет достаточных запасов полезных ископаемых, в первую очередь, нефти и газа. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что роль альтернативных источников энергии будет повышаться. Эта тенденция будет наблюдаться в основном в странах, где невелики запасы собственных природных ресурсов.