8.14. Альтернативные источники энергии

«Если его Величество дорожит прелестью своих садов, белизной лица и красивостью белья, и если не хочет, чтобы его верноподданные задохнулись и закоптели, подобно дурной ветчине, то парламент убедительнейше просит совершенно запретить употребление этого горючего материала, называемого каменным углем»

Из послания английского

парламента королю от 1316 года.

Альтернативные источники энергии - это ветер, солнце, приливы и отливы, биомасса, использование естественного тепла земных недр.

В настоящее время солнечная энергия используется в некоторых странах в основном для отопления. Для производства энергии - лишь в незначительных масштабах, хотя потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Следует отметить, 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!

В отличие от уловителей солнечной энергии, ветряные мельницы давно зарекомендовали себя в качестве альтернативного источника. Энергия движущихся воздушных масс огромна. 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 республики и сопредельных стран СНГ, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы 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? Извесно, что двигатели, использующие ветер, покрыва­ют всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Все дело в том, что они эффективны и экономичны только для мелкого пользователя. К сожалению, энергия ветра пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток - временную нестабильность именно в тот момент, когда она особенно нужна. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время, но экономически зрелой технологии создания таких систем пока нет.

Проблема использования нетрадиционных источников энергии в последнее время особенно актуальна. Это, несомненно, выгодно, хотя подобные технологии и требуют значительных затрат. Один из примеров создания такой технологии - сооружение солнечной электростанции в калифорнийской пустыне. В 1996 г. там была построена высокая башня, заполненная тоннами соли. На ее крыше установлены 1900 солнечных батарей. Днем электростанция "питается" непосредственно от солнца, а в вечернее время, после его захода, соль, разогретая за день с помощью солнечных батарей до температуры 500^оС, доводит до кипения воду, а последняя, превращаясь в пар, раскручивает турбины. Это первая в мире солнечная электростанция - прообраз будущих подобных электростанций, способных вырабатывать и хранить электроэнергию.

Подобные установки перспективны для регионов с постоянным снабжением солнечной энергии и в первую очередь густонаселенных стран третьего мира, таких, как Китай, Индия, где потребление энергии ежегодно возрастает на 10%.

Возведение таких электростанций в настоящее время - удовольствие дорогое. Сооружение электростанции, способной обеспечить электроэнергией около 10 тыс. бытовых потребителей (мощность - около 10 мМВт), обойдется в 190 млн. долларов США. Это в четыре раза больше, нежели расходы на сооружение ТЭС, работающей на твердом топливе, и соответственно в три и раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее эксперты по использованию солнечной энергии уверены, что с развитием технологии использования энергии солнца цены на нее значительно снизятся.

Будущее энергетики - за ветряной и солнечной энергией. В 1995 г. в Индии приступили к осуществлению широкой программы по выработке энергии с помощью ветра. В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском Союзе - 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. Энергия, получаемая с помощью ветра, может постоянно возобновлятьсяЮ Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки Земного шара. К примеру, 1600 жителей острова Дезират в Гваделупе пользуются электричеством, которое вырабатывают двадцать ветряных генераторов.

Еще один источник энергии, не загрязняющий окружающую среду – использование подземного тепла нашей планеты. Насколько колоссальна мощь этой энергии все знают на примерах катастрофических извержений 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 - пока у лю­дей нет возможностей обуздать эту непокорную стихию.

Однако другие способы использовать дешевую и доступную энергию человек предпринимает. Название страны Исландия переводится как «ледяная страна». Местных источников энер­гии в Исландии практически нет. Зато она очень богата горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источ­ников. Многочисленные исландские теплицы по­лучают энергию от тепла земли.

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. Пар из-под земли поступает в турбины электростанции. Пос­тепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни ее мощность 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. На Камчатке электроток дает Паужетская геотермальная станция.

Но это пока лишь крохотная доля использования этой неисчерпаемой энергии. Потенциальная мощность геотермальной энергетики несравненно выше.

Наиболее очевидным способом использования океанской энер­гии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. Конструкция такой станции примерно следующая. В обычном портовом волноломе оставляются отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а вместе с тем и давление остающегося в отверстиях воздуха. "Выдавливаемый" наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие приливные электростанции могут использовать до 45% приливной энергии.

С 1967 г. в устье реки Ранс (Бретань) во Франции на приливах высотой до 13 метров работает энергоустановка, состоя­щая из двадцати четырех ре­версивных турбогенераторов. Вы­ходная мощность установки 240 мегаватт - одна из наи­более мощных гидроэлектрос­танций во Франции.Одна из первых ПЭС в бывшем Советском Союзе построена в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска.

Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии.

Геологи установили, что на глубине 4-6 километров залегают раскаленные до 180-200⁰С массивы, занимающие большую часть территории бывшего Советского Союза. Области же с температурой недр до 100-150⁰С встречаются почти повсеместно. Также установлено, что на нескольких миллионах квадратных километрах располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3,5 километров и температурой воды до 200⁰С. Вся эта горячая вода находится под давлением. Поэтому, достаточно пробурить скважину, чтобы мощный фонтан пара и горячей воды вырвался наружу. Использовать его можно или на обогрев зданий, или получить дармовую электроэнергию, пустив на турбины электростанций.

Одним из достижений использования альтернативной энергии, широко применяющемся в целом ряде государств, является производство биогаза из биомассы, образованной отходами жизнедеятельности животных и человека. Оно основано на анаэробном разложении целлюлозы и содержащего азот органического вещества смешанными популяциями микроорганизмов, куда входят бактерии, расщепляющие целлюлозу на органические кислоты и превращающие их затем в метан.

Опыт, накопленный в Индии, показывает, что навоз от 10 коров дает ежедневно 1,8 м3 биогаза, что эквивалетно 1,3 л бензина. Этого достаточно для приготовления пищи для четырех человек или работы стосвечевой лампочки в течение 14 часов. Кроме того, отработанный остаток является отличным удобрением, по своей ценности намного превосходящим навоз.

В Индии для получения биогаза используется около миллиона дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн. С точки зрения экологии биогаз имеет огромные преимущества, так как он может заменить дрова и таким образом способствовать борьбе против ликвидации лесов и опустынивания. В Европе уже целый ряд установок по очистке городских сточных вод удовлетворяют все свои энергетические потребности за счет производимого ими биогаза.

Еще одним альтернативным источником энергии является различное сельскохозяйственное сырье - сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, томинамбур и др. Из него методом ферментации в некоторых странах производят жидкое топливо, в частности этанол. Так, в Бразилии растительную массу преобразуют в этиловый спирт в таких количествах, что она уже удовлетворяет большую часть своих потребностей в автомобильном топливе. Сырье, необходимое для организации массового производства этанола - это в основном сахарный тростник. Сахарный тростник активно участвует в процессе фотосинтеза и производит больше энергии на каждый гектар обрабатываемой площади, чем другие культуры. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн.т, что соответствует 5,6 млн.т бензина самого высокого качества.

В США уже в течение нескольких лет производится "биохол" - горючее для автомобилей, содержащее 10% этанола, полученного из кукурузы.

Там же, в США при поддержке военно-морского флота в середине 70-х годов группа специалистов в области исследования океана, морс­ких инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов (12 метров) под зали­той солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая. По сути своей, все это было лишь экспе­риментом. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бу­рые водоросли.

По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади при­мерно 100 000 акров (40 000 га), смогут давать энергию, кото­рой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности амери­канского города с населением в 50 000 человек".