ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ

Развитие человеческого общества неразрывно связано с развитием энергетики. Огромные заводы, фабрики, транспортные сети, да и простые лампочки на потолках бесчисленных квартир – всё это требует энергии, энергии и ещё раз энергии. Всегда, везде и в больших количествах. Человечество использует разнее виды энергии: механическую, тепловую, ядерную, однако большая часть энергии производится, передаётся м применяется в наиболее удобной форме – в форме электроэнергии.

Откуда же брать энергию? Поскольку наши потребности непрерывно растут, этот вопрос остаётся открытым по сей день. Те источники энергии, что известны нам сейчас, делятся на возобновляемые и невозобновляемые[1]. Общий запас энергии невозобновляемых источников ограничен определённым числом и с течением времени при неумеренном использовании неизбежно иссякнет. Так, запасы нефти, угля, природного газа, унаследованные нами со времён каменноугольного периода, вовсе не безграничны, а их истощение приведёт к энергетическому кризису всего человечества. Запасы ядерной энергии тоже ограничены, хотя и очень велики. Поэтому неудивительно, что у людей в последние годы растёт интерес к энергетическим источникам возобновляемым – источникам, запасы энергии которых после её извлечения полностью восстанавливаются природой. Что это за источники и каковы перспективы их использования – об этом и будет рассказано далее в этой статье.

Ключевые слова: энергия, возобновляемые источники, невозобновляемые источники.

Первым, самым очевидным, ежедневно наблюдаемым нами и практически неисчерпаемым источником энергии является солнечное излучение. Его мощность в пересчёте на один квадратный метр плоской поверхности, перпендикулярной солнечным лучам и находящейся за пределами земной атмосферы, равна 1367 Вт – таков показатель, называемый солнечной постоянной ( у поверхности планеты он меньше на 20-25% и зависит также от высоты светила над горизонтом). Полная же мощность Солнца составляет 4 х 10²⁶ Вт, и в ближайшие миллиарды лет эта цифра будет только увеличиваться. [2]

Каким же образом эту энергию можно использовать для человеческих нужд? Есть два способа это сделать. Первый из них – преобразование световой энергии непосредственно в электрическую с помощью фотоэлементов. Так называемые солнечные панели уже не первый год используются в самых различных устройствах от карманных калькуляторов до искусственных спутников. Получаемая с их помощью мощность может достигать 120 Вт с одного квадратного метра поверхности. Если соединить тысячи солнечных панелей общей площадью в несколько квадратных километров, то полученная таким образом солнечная электростанция по мощности будет ничуть не хуже тепловой. Но пара недостатков у такого способа получения энергии всё же имеется. Дело в том, что кремний, используемый при изготовлении солнечных панелей, по стоимости сравним с ураном, а отходы от его очистки могут нанести вред окружающей среде. [3]

Другой способ применения солнечной энергии состоит в следующем. Если пучок солнечных лучей сфокусировать в одной точке при помощи большой выпуклой линзы или вогнутого параболического зеркала, то сконцентрированной в точке фокуса теплотой можно будет превращать воду в пар не хуже, чем с помощью дров или угля. А нагретый под давлением пар, в свою очередь, будет использован для получения электроэнергии от вращающейся турбины, соединённой с генератором. Аналогично действует солнечная печь, в которой под действием высокой температуры  можно готовить пищу, а при соответствующей мощности даже выплавлять металлы. [4]

Наверное, каждый из нас хоть раз держал в руках обыкновенную вертушку из фольги. Известен нам и принцип работы такого старого изобретения, как ветряная мельница. А если построить вертушку огромных размеров и соединить её с генератором, получится так называемая ветроэнергетическая установка (ВЭУ). Польза от применения таких установок очевидна, ведь движение воздуха так или иначе обнаруживается в любой точке на поверхности нашей планеты, а вырабатываемая энергия пропорциональна кубу скорости его потока. Далее встаёт вопрос технический: где и как эти установки располагать. Эксплуатация ВЭУ связана также со следующей проблемой. Дело в том, что скорость ветра в конкретной местности не является постоянной во времени, изменяясь от полного штиля до урагана. Поэтому, чтобы избежать колебаний мощности, на случай отсутствия ветра энергию нужно аккумулировать, а при слишком сильном ветре – стабилизировать её поток. [5]

Другой интересный способ получения энергии экологически чистым путём основан на пьезоэффекте – способности определённых материалов создавать электрическое поле под действием механической деформации. Этот эффект интересен тем, что его можно использовать для генерации электрического тока в самых неожиданных местах. Так, размещение пьезоэлементов в широких масштабах под тротуарами, автомобильными дорогами и даже на ветвях раскачивающихся на ветру деревьев позволит вырабатывать достаточное количество энергии для снабжения небольших элементов инфраструктуры. [6]

Источником энергии для человечества может быть не только воздух, но и вода. Об этом известно ещё со времён появления первых водяных колёс. Огромные водяные турбины, соединённые с генераторами, уже не первый год успешно применяются на гидроэлектростанциях (ГЭС). Такие электростанции используют энергию мощного потока воды крупных рек, текущих от истока, находящемуся на возвышенности, к располагающемуся на низменности устью. Однако извлечь энергию  из перемещающихся масс воды можно и другими способами. Вспомним про лунные и солнечные   приливы – грандиозные явления, вызывающие подъём и спад уровня воды вблизи морских и океанических побережий с периодом около 12 часов. Если на пути перемещения водных масс установить огромного размера турбины, то получаемое с их помощью количество энергии также будет колоссально. Наилучшее место для установки приливной электростанции – узкий залив. Недостаток такого способа энергопроизводства – в промежутки времени между приливами и отливами ход турбин будет сильно замедлен. [7] Похожим может быть принцип работы электростанций, использующих энергию мощных океанических течений.

Не стоит также забывать о том, какие огромные запасы энергии хранит в себе сама планета. Содержащаяся под её поверхностью магма имеет большую температуру. В регионах  с повышенной вулканической активностью подземная теплота может быть использована для нагревания воды, как на обычной теплоэлектроцентрали. Так работают геотермальные электростанции (ГеоЭС), на которых сильно разогретый пар приводит в движение турбины, соединённые с генераторами.  К недостаткам использования геотермальной энергии можно отнести возможность проникновения ядовитых газов через проделанную в земле скважину, а также некоторую вероятность остановки электростанции либо от естественных процессов, либо в результате чрезмерной закачки воды. [8]

Большинство используемых сейчас тепловых электростанций и транспортных средств используют в качестве топлива  уголь, газ и нефтепродукты. Однако, как показывают эксперименты, достаточное количество теплоты при сгорании могут выделять и определённые продукты переработки органического сырья. Использование так называемого биотоплива может помочь с решением не только энергетических проблем, но также и проблем утилизации органических отходов. В настоящее время пригодное для использования на промышленных предприятиях топливо успешно производится из опилок, шелухи подсолнечника и соломы, а биологические отходы перерабатываются в биогаз. Конечно, в настоящее время стоимость производства биотоплива довольно высока, но при определённых обстоятельствах его использование может оказаться достаточно рентабельным. [9]   

Список литературы:

1. Справочник химика 21.- [Режим доступа] - http://chem21.info/info/1633555/
2. Richard W. Pogge. The Once and Future Sun. - [Режим доступа] - http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Lectures/vistas97.html
3. Лидия Антонец. Солнечная энергия – это… Использование солнечных батарей. - [Режим доступа] - http://fb.ru/article/224269/solnechnaya-energiya---eto-ispolzovanie-solnechnyih-batarey
4. Энергомир. Принцип работы и назначение гелиопечи. - [Режим доступа] - http://energomir.biz/alternativnaya-energetika/solnce/energiya-solnca.html
5. Всё об электростанциях. Ветроэнергия. Ветроэнергетическая установка. - [Режим доступа] - http://www.gigavat.com/netradicionnaya_energetika_vetroenergetika.php
6. Владимир Акопьян, Иван Паринов, Игорь Истомин. Пьезогенераторы – новое перспективное направление малой энергетики. - [Режим доступа] - http://www.relga.ru/Environ/WebObjects/tgu-www.woa/wa/Main?level1=main&level2=articles&textid=2928
7. Альтернативная энергия. Как работает приливная электростанция. . - [Режим доступа] - https://alternativenergy.ru/energiya/553-prilivnaya-elektrostanciya-princip-foto.html
8. Геотермальные электростанции – прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии. - [Режим доступа] - http://greenologia.ru/eko-zhizn/texnologii/geotermalniye-electrostancyi.html
9. Альтернативная энергия. Солнечная, ветровая, термальная, биологическая и другие возобновляемые виды энергии. - [Режим доступа] - http://altenergiya.ru/bio/kak-proizvodyat-biotoplivo.html