Альтернативные технологии энергетики, их преимущества и недостатки

Альтернативные технологии энергетики, их преимущества и недостатки Сейчас природных экологически чистых источников энергии известно уже немало. Но используют их совершенно недостаточно. Основная проблема — это низкое качество (концентрированность) всех известных на сегодня альтернативных видов энергии, и, соответственно, низкая экономическая эффективность их конверсии в высококонцентрированную форму. Анализируя различные альтернативные источники энергии, следует помнить, что во всех без исключения случаях важно подобрать к каждому промышленного объекта наиболее рациональное по концентрации энергии источник, помня, что чем больше концентрированно энергию, тем она дороже. Рассмотрим эколого-экономические аспекты альтернативных источников энергии, которые сегодня уже применяют. Ветровые электростанции (ВЭС) Проблема конверсии энергии ветра не нова, но не так проста, как может думать не специалист. Прежде возникает вопрос качества (концентрированности) ветровой энергии, ее ресурса. Установлено, что на территории в 1 млн km2 энергетические ресурсы ветра составляют около 0,5 TW. Но учитывая именно низкую концентрацию (качество), возможность использования ветра для конверсии в электрическую энергию при современном состоянии техники является незначительной. Оценить мощность (следовательно, и энергетическое качество) реального ветрового потока сечением 1 m2 и скоростью в 10 m / s (скорость бега чемпиона мира на 100 m) каждый сможет по формуле кинетической энергии mv 2/2 (ответ: 0,645 kW). Итак, на каждый kW мощности ветрового двигателя надо иметь контактную поверхность лопасти (при ветре 10 m / s) около 1,5 m2.
футболки с печатью

По мощности такой ветровой поток эквивалентен тепловому потоку, который выделяется за сжигание каждую секунду лишь 0,1 грамма угля, а по η = 0,3 ТЭС — 0,3 g. В начале прошлого десятилетия в СССР эксплуатировалось несколько ветровых электрогенерирующих установок (ВЭУ). Одна установка типа АВЕУ-6 (автоматическая ветровая электрическая установка) мощностью в 6 kW была способна за сутки скачать из скважины глубиной более 50 m до 20 m3 воды или осветлить и обогреть небольшой дом. Но, чтобы получать электроэнергии от ВЭС столько, сколько ее производит только один мощный электроблок современной ТЭС или АЭС в 1200 MW (а на каждой станции их несколько), нужно было бы смонтировать 200000 таких ВЭУ! И все же за последние 10 лет, в связи с обострением экологических проблем, ветровым турбоэлектрогенератора стали уделять гораздо больше внимания. Правда, мощность современных крупных ветровых турбоэлектрогенератора, значительно больше и составляет 50 ... 100 и более kW Такие установки достаточно широко применяют, например, в Дании, где существуют благоприятные климатические условия с постоянными ветрами оптимальной скорости от 14 до 24 m / s. В начале XXI века. ВЭС будут способны покрывать до 10 — 15% региональных потребностей некоторых развитых государств в электроэнергии. Так, например, в США (Калифорния) в энергосистеме «Pacific Gas and Electric» уже работает более десятка крупных ВЭС, общая мощность которых составляет около 1000 МW и планируется дальнейшее его увеличение. Следует отметить, что такие ВЭС могут эффективно работать только при определенных климатических условий. Например, одну систему ВЭС упомянутой выше компании США размещено в 50 km от Сан-Франциско на перевале Алтамонт-Пасс, где стабильные ветровые потоки обеспечивают эффективную работу 900 установок с мощностью 100 kW каждый. Все же даже эта современная ВЭС за потенциальным ресурсом энергии эквивалентна лишь 10% одного блока современной АЭС. Более мощную (1000 МW) ВЭС в 80-х годах планировалось строить в СССР в акватории Финского залива на площади в 40 km2, где средняя годовая скорость ветра близка к оптимальной (см. График на рис. 56). По проекту ВЭУ мощностью в 2,5 — 5 МW должны быть гигантских размеров: башня до 100 m, а диаметр ветрового колеса особой конструкции — 80 m. Насколько реализация такого проекта оказалась бы экономически и экологически оправданной, сегодня сказать трудно. Всякая гигантомания порождает негативные последствия. Но даже менее мощные современные ВЭС имеют значительные экологические недостатки: значительный шумовой эффект (до 50 децибел на расстоянии более 1 km), большие площади отчуждения земель, ухудшение рекреационных свойств природного ландшафта, препятствия миграции птиц, телетрансляции и радиосвязи. Реальную опасность для всей ВЭС может вызвать разрушение лишь одного ветрового колеса мощной ВЭУ: его обломки могут разлететься на сотни метров, разрушая другие ВЭУ. Безусловно, широкое применение ВЭУ в значительной степени способно решить современные экономические проблемы поставки электроэнергии отдельным хозяйственным регионам, преимущественно в сельской и отдаленной от электросетей местности, но даже за пределами первого десятилетия XXI века. доля ВЭС в общем мировом балансе энергоснабжения не превышает нескольких процентов. Солнечные электростанции Солнечная энергия — это первоисточник движущей силы не только живых организмов планеты, но и технологических систем. Человек уже давно использует, и видимо недалекие те времена, когда полностью использует, накопленные нашей планетой запасы солнечной энергии в форме внутренней энергии межатомного связи угля, нефти и газа. Сегодня человечество пытается увеличить использование энергии Солнца, непосредственно превращая его радиацию в электрическую. Эта идея не нова и очень привлекательна. Как гласит легенда, еще в 215 г. до н. Э. е. Архимед впервые сконцентрировал солнечные лучи с помощью зеркала, чтобы сжечь римский флот. Однако низкое качество (концентрация) солнечной энергии ставит под сомнение реальность этого остроумного замысла. Мощность солнечного излучения, которое достигает поверхности нашей планеты, не превышает 1 kW на 1 m2. Существуют два направления конверсии солнечной энергии в технологическую — термический и фотоэлектрический. Принцип термической конверсии берет за основу давнюю идею Архимеда — концентрацию солнечных лучей отражением их с большой поверхности зеркал на малую рабочую поверхность. Экспериментальная СЭС, построенная и опробована в 80-е годы в Крыму, включала 1600 так называемых гелиостатов, каждый из которых состоял из 45 зеркал общей площадью в 25 m2. Следовательно, суммарная площадь зеркал составляла 1600 25 = 40000 m2. Вся система с помощью автоматики приводится на Солнце и отражает его лучи на сравнительно небольшую площадь панели парогенератора. Пара (250С 4 MРa) направляется в паровую турбину, смонтированную в блоке с электрогенератором. Мощность такой СЭС — 5 МW, равным 0,5% одного блока АЭС. Из приведенных данных нетрудно вычислить конкретный коэффициент конверсии солнечной энергии в электрическую. К сожалению, даже при такой громоздкой конструкции он не превышает 10%. К тому же и себестоимость электроэнергии в десятки раз выше, чем на ТЭС. Фотоэлектрический способ конверсии базируется на свойстве некоторых химических элементов непосредственно превращать лучистую энергию солнца в электрическую. С 1989 г... По США на юге Калифорнии успешно работает промышленная СЭС мощностью 200 МW. Такая СЭС может обеспечить потребности в электроэнергии 250-тысячного города, хотя с экономической точки зрения она не может конкурировать с ТЭС или АЭС.