АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Ни для кого не секрет, что энергетика, на сегодняшний день, является основной современной цивилизации. Без энергии, невозможна нормальная жизнь современного общества. На сегодняшнее время, вся энергия базируется на применении не возобновляемых источников энергии, таких как уголь, нефть, газ, и многое другое, выбросы которых отрицательно влияют на окружающую среду и здоровья человека в целом.

Целью данной статьи заключается в исследовании и поиске альтернативных источников энергии, применяемые человечеством в будущем.

На сегодняшний день, запасы не возобновляемых источников энергии, приходят в упадок. По некоторым оценкам они будут исчерпаны в ближайшие 50 лет, другие же утверждают, что это произойдет в течении 100-120 лет. Примерно в 2020 году, потребление мировой энергии возрастет на 50%.^[1] Если глобальное потребление возобновляемых источников энергии останется на прежнем уровне, то доступные ископаемые запасы топлива будут потреблены за 104 года или ранее. То есть возобновляемые ресурсы энергии будут играть все более и более жизненно важную роль в энергетике ближайшего столетия.

Возобновляемая или регенеративная- энергия из источников, которые, являются неисчерпаемыми. Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов, таких как: солнечный свет, водные потоки, ветер, приливы и геотермальная теплота, которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путём).

Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика. Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов, но  и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Запасы ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии рек, однако в настоящее время, двигатели, использующие энергию ветра имеют установленную мощность всего 1300МВт и дают в год около 107МВт/ч энергии, что составляет 0,002% мировой потребности. ^[4]

Конструкция ветряной электростанции включает в себя следующие элементы:

• Генератор;
• Мачта;
• Лопасти;
• Анемометр;
• Аккумуляторные батареи;
• Устройство АВР (автоматическое включение резерва);
• Трансформатор.

При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток для его зарядки, далее инвертор, преобразующий ток в стабильно-переменный для подачи на потребители (освещение, телевизор, радиоприёмник, отопительные батареи и т.д.).  

 К такому же примеру можно отнести и энергию солнца. Это тихий и экологически чистый источник энергии. Энергию Солнца человек может использовать для разных целей, например, для выработки электроэнергии. При использовании солнечных батарей, энергия солнца, напрямую преобразуется в электрическую.

Солнце постоянно излучает огромное количество энергии, но только часть ее достигает Земли. В среднем, на поверхность Земли, в течении года, приходит около 7,5*10¹⁷кВт*ч.^[3] К сожалению, мы не можем полностью использовать эту энергию, так как часть энергии поглощается атмосферой или отражается обратно в космос. Электромагнитная энергия, падающая перпендикулярно на верхний слой атмосферы примерно равна 1,35кВт/м². Из-за отражения и поглощения излучения в атмосфере, в средних широтах достигает Земли не более 10% этой энергии, но даже при плотности населения 200 человек на один квадратный километр, энергия солнечного излучения составляет около 700 кВт*ч на одного человека.

Для генерации электричества необходим солнечный модуль, который состоит из одного или многих солнечных фотоэлектрических элементов. Когда на солнечный фотоэлемент падает свет, то он поглощает лишь часть света, а именно - фотоны. При попадании фотона на поверхность солнечного элемента он инициирует процесс распада электрона. В следствии того, что солнечный элемент имеет токоотводы в цепи возникает ток. Пока освещается солнечный элемент, идет процесс генерации тока. Материал, из которого выполняют солнечный элемент- монокристаллический кремний.

Важным моментом работы солнечных батарей является их температурный режим. При нагревании его свыше 25 ºC он теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4% градус. В яркий солнечный день температура достигает около 60-70 ºС теряя 0,07-0,09 В каждый. ^[2] Это является одним из недостатков и потерей КПД солнечных батарей, что приводит к потере напряжения, поэтому они требуют дополнительного охлаждения.

Кроме энергии ветра и солнца, человек научился добывать энергию из недр Земли (геотермальную энергию). Что так же является одной из самых экологически чистых источников энергии.

На самом деле, геотермальная энергия достаточно сложна в проектировании, и как следствие, в обслуживании, но при всем, при этом, оно имеет массу преимуществ и полностью окупает себя в течении 5-8 лет. Чаще всего, геотермальную энергию используют для отопления домов и различных предприятий.

Большинство энергии, излучаемое солнцем на поверхность Земли поглощается грунтом. На некоторой глубине, от десятков до сотен метров, температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. Но, начиная с некоторой глубины, где перестает идти воздействие солнечных лучей и температуры воздуха, на температуру земли воздействуют эндогенные (внутренние) факторы, и происходит разогрев земных недр изнутри, тем самым, температура с глубиной начинает расти. Поэтому тепло в недрах Земли сохраняется даже в зимнее время. Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик — в среднем его мощность составляет 0,03–0,05 Вт/м², или примерно 350 Вт·ч/м² в год. Для использования данной системы отопления необходимо пробурить скважину и приобрести специальное оборудование.

Принцип работы всей глубинной системы отопления заключается в поглощении исходящей от земли тепла, и передаче ее насосу с помощью которого тепло поднимается вверх, далее происходит теплообмен: нагретый антифриз отдает энергию теплоносителю отопительной системы. Для этого необходим:

• Испаритель, который находится глубоко в земле и поглощает энергию.
• Конденсат- доводит антифриз до необходимой температуры.
• Геотермальный тепловой насос-позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.
• Буферный бак- аккумулирует тепло.

Еще один из видов альтернативных источников электроэнергии –это энергия приливов и отливов. Эта энергия всегда манила людей своей могучестью и неисчерпаемостью. Издревле, люди пытались использовать энергию приливов и отливов для решения многих бытовых проблем. Начало этому положили так называемые жернова зерновых мельниц, лопасти которого приводятся в движения благодаря приливу воды.

С открытием человечеством электроэнергии жизнь кардинально изменилась. Потребность ее с каждым днем растет, а достойной замены человечество пока не придумала. Поэтому нынешние инженера используют тот же принцип деревянного колеса под действием энергии приливов и отливов, но уже для строительства приливных электростанции (ПЭС).

Приливные электростанции — это разновидность гидроэлектростанции, что является одним из самых перспективных видов альтернативных источников энергии. Обычно приливные электростанции строятся на побережье морей, или в местах, где приливные колебания волн составляют 4 метра.

Рекордсменом, по наибольшей высоте волн, является Атлантический океан, тут высота приливов достигает 18 метров. В России самый высокий прилив был зафиксирован в Охотском море, его высота составила 13 метров. Высота приливов в Северно-Ледовитом океане составила около 0,5 метров, а на Кольском полуострове 7 метров.

Принцип работы приливных электростанции очень прост: вода напором, во время прилива, поступает в замкнутый водозаборный бассейн (через клапаны приливной электростанции). Параллельно она начинает вращать колеса гидротурбин, которые соединены с гидрогенераторами в плотине. Когда вода начинает выравниваться в море и в бассейне, то клапаны постепенно закрываются автоматически.

Мощность приливной электростанции зависит от характера и силы приливов, от количества и размера закрытых бассейнов, от числа установленных гидрогенераторов и гидротурбин.

Доступны для использования энергетический потенциал приливов и отливов оценивается в Европейской части России на 40 млн. МВт, на Дальнем Востоке 170 МВт.

Из всего выше сказанного, можно сделать вывод, что в современном мире назрела серьезная проблема-это злоупотребление, не возобновляемыми природными ресурсами. Альтернативные источники энергии, не только возобновляемые и экологически чистые технологии - они смогут облегчить нашу сильную зависимость от не возобновляемых источников электроэнергии. Использование альтернативных источников энергии не только необходимы как новый источник энергии, с их помощью можно решить множество проблем, например- глобальное потепление, так как это самый экологически чистый вид энергии, и она не сопровождается с вредными выбросами в атмосферу, не загрязняя окружающую среду. Настало время, чтобы направить нашу энергию на инновационный, творческий и изобретательный образ мышления. На фоне сегодняшнего развития науки и техники, открыт путь и для новых инновационных технологий и альтернативных источников энергии. 

Список литературы:

1. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии: учеб. для вузов. —Москва, 2005.
2. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики: учеб. для вузов. —3-еизд. стер. — М.: КНОРУС, 2012. — С.178-185
3. Голицын М.В., Голицын А.М., Пронина Н.В. Альтернативные энергоносители. Отв. ред. Г.С. Голицын. – М.: Наука, 2004. -159 с.
4. Германович В. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы. – СПб. Наука и техника, 2011. -320 с.