Восстанавливаемые или альтернативные источники энергии

"...топить печь углем, нефтью, газом или древесиною – все равно, что топить ассигнациями". Дмитрий Менделеев.

Во все времена человек в стремлении достичь необходимого уровня обеспечения общества энергией не особенно-то и задумывался о конечности запасов углеводородов на Земле. Похоже, что это время приближается, и "час щадящей энергетики вот-вот пробьет": человечество начинает заботиться о сохранении сильно поврежденной биосферы Земли. Наступает эпоха развития и широкого применения (наряду с традиционными методами получения энергии) рассредоточенных источников энергии не слишком большой мощности, но с высоким КПД, экологически чистых и удобных в обращении.

К ним можно отнести солнечную, ветровую, энергию морей и океанов, энергетику земли, космические электростанции, энергию антивещества и др. И это только начало использования новых восстанавливаемых видов энергии, за которыми будущее. Но пока есть дешевые и удобные в использовании нефть, газ, уголь, говорить о повсеместном переходе на возобновляемые источники в оптимистическом тоне не приходится. В мире найдется мало желающих вкладывать огромные деньги в длительную по срокам окупаемости новую отрасль энергетики. Сегодняшняя цена на углеводороды, которые выглядят очень дорогостоящими, уже в этом веке покажется человечеству смешной из-за конечности сырья.

В США количество потребляемой энергии в 6 раз выше, чем среднемировой уровень, и в 30 раз больше, чем в развивающихся странах. Если бы все державы довели уровень потребления энергии до штатовского, то разведанные запасы нефти исчерпались бы в течение 7 лет, угля – 18 лет, природного газа – 5 лет. А прогнозируемых потенциальных запасов человечеству хватило бы ненадолго: нефти на 60 лет (в том числе и находящейся в песках и сланцах), угля – на 350 лет, а газа – на 72 года. Если взять массу земного шара и представить себе, что это и есть масса существующего на Земле топлива, то его хватило бы человечеству на 342 года.

Итак, необходимо искать возобновляемые источники энергии. В июне 2005 г. в Бонне (ФРГ) состоялась международная конференция по возобновляемым источникам энергии. На ней присутствовали 1000 официальных представителей стран экспертов, более 1500 наблюдателей и 140 министров энергетики. Германия устами министра охраны окружающей среды Юргена Гритина заявила, что намерена к 2050 г. использовать в энергетике около половины потребляемой электроэнергии, получаемой с помощью альтернативных источников. Азиатские страны (речь идет в первую очередь о Китае и Филиппинах) на этой конференции также официально сообщили, что намерены к 2020 г. довести долю потребления энергии из альтернативных источников до 10–12 % потребляемой. Это очень большая цифра, и не только для Китая: это более 120 гигаватт. Очевидно, что эта цифра гораздо больше по величине, чем вырабатываемая на АЭС в Украине энергия. Если вернуться к Германии, то она намерена закрыть все свои 15 атомных станций. Берлин исходит из того, что за 50 лет работы атомных станций человечество не смогло добиться полной безопасности их эксплуатации, а также обеспечения безопасной утилизации и хранения радиоактивных отходов и использованных отработанных элементов.

Была обнародована и прогнозируемая цифра предстоящего использования альтернативных источников энергии в мире к концу ХХI века – до 30 % потребляемой, т.е. каждый третий потребляемый гигаватт энергии. Сделаны и другие прогнозы. Например, на долю АЭС, которые будут продолжать использовать, отводится 3,5–4 % производимой энергии. Большое внимание уделялось законодательству. Ведь производителя энергии из альтернативных источников надо защищать законодательно, в первую очередь он должен иметь право подключения к энергосетям: выработанную энергию на склад для хранения не оправиш, ведь аккумулирующих устройств достаточной мощности человечество пока не имеет. Энергично в этом отношении действует правительство Китая, которое законодательно обязало распределительные компании включать в общие электрические сети полученную энергию, например, от солнечных и ветровых источников.

Во всем мире растет интерес к использованию солнечной энергии. Следует учесть, что использование всего лишь 0,125 % энергии, излучаемой Солнцем, могло бы обеспечить потребности мирового сообщества в энергии, а 0,5 % – полностью покрыть его потребности с учетом далекой перспективы. Однако уровень развития современной техники не позволяет использовать солнечную энергию в достаточном количестве. Пока не научились при столь низкой интенсивности потока солнечной энергии, величина которой даже в южных широтах составляет не более 250 Вт/м, удовлетворять требования потребителя: так, приемные коллекторы солнечного излучения следует разместить на площади 130 000 км², чтобы обеспечить энергией весь мир.

Энергия перемещающихся воздушных масс использовалась человечеством еще в древности: например, при передвижении с помощью парусов или же в ветряных мельницах. Запасы ветровой мощности превышают примерно в 100 раз запасы гидроэнергии всех рек Земли. По оценке Всемирной метеорологической организации, мировые запасы ветровой энергии – около 170 трлн. КВт/ч в год! Человечество не разработало пока технологий получения ветровой энергии в полном объеме, в достаточном количестве с учетом требований к энергии. Основными среди них являются дешевизна и быстрая окупаемость. К тому же ветроустановки (ВУ), расположенные на большой площади рядом с друг другом, сильно шумят, создают помехи для связи. Энергия ветра сильно рассеяна в окружающем пространстве – отсутствуют постоянные и достаточно мощные потоки воздуха. Новые технические возможности ветроэнергетики позволяют надеяться на создание высокопроизво-дительного ветроагрегата, работающего при незначительных ветровых потоках.

Ветроколесо как основной агрегат ветроэлектростанции – продукт высоких технологий: его создают с помощью специалистов-самолетостроителей, лопасть такого колеса продувается в аэродинамической трубе. "Ветряные" фермы (участок местности, на котором расположены в большом количестве ВУ) получили широкое распространение в качестве источников электроэнергии в США, ФРГ, Дании, Нидерландах, Швеции. В Западной Европе ветровая энергия дает в элетросети 2500 МВт мощности. В мире сейчас работает более 30 тыс. ВУ разной мощности.

Программы, которые проводятся в Нидерландах и Швеции по наращиванию доли энергии, получаемой от энергии ветра, до конца XXI века предусматривают установку (в общей сумме) 54 тыс. ВУ. ФРГ также собирается производить энергию, получаемую с помощью ветра. Появились и так называемые циклонные электростанции мощностью до 1000 тыс. КВт. Принцип их работы несложен. Теплый воздух, подогретый в башне высотой 15 м, например, смешивается с циркулирующим холодным (по сравнению с подогретым) воздушным потоком. В результате получается искуственный циклон, воздушный поток, который и вращает с большой скоростью турбину. Следует отметить, что и Украина, особенно в первые годы после обретения независимости, попыталась использовать ветер как один из основных источников получения энергии, например в Крыму. ГКБ "Южное", оказавшись в крайне тяжелом финансовом положении, взялось в том числе за разработку и изготовление электрических ветроагрегатов (ВА). Всего было изготовлено 39 ВА, установлено – 12. Из этих цифр видно, что ветровая энергия в Украине не работает в полной мере.

В Украине нет горячих источников и гейзеров в таком количестве, как на Камчатке (РФ) или в Исландии, но там методы получения энергии из раскаленных недр Земли существуют. Нельзя исключать из общего баланса получения энергии восстанавливаемую гидротермальную энергию. Всегда между слоями воды существует температурная разница: в верхних – она теплее, а в нижних – холоднее. Например, морская вода в Черном море прогревается на поверхности до 25–26 градусов, а в глубинных слоях ее температура может быть равной 4–6 градусам. В Мировом океане запасы энергии настолько велики, что их трудно выразить количественно. Речь идет о так называемой внутренней температуре, которая соответствует перегреву поверхностных слоев морей и океанов по сравнению с донными слоями. Разность температур, например в 20 градусов, дает возможность получения тепловой энергии, равной 10 Дж. Но энергия Мирового океана широкого применения из-за малой окупаемости не получила. Прогнозируется активное внедрение на горных реках Украины геликоидной турбины Горлова, которая имеет скорость вращения трех пластиковых спиральных лопастей в 2–3 раза выше, чем используемые сейчас. Причем турбина имеет небольшие размеры: диаметр 50 см, длину 84 см и массу 35 кг. Это позволяет перевозить такую турбину даже на верховых лошадях во вьюках или иным видом транспорта, который доступен всем. Такая компактная и эффективная мини-ГЭС, очевидно, может быть широко применена на горных реках Карпат и Крыма.

IX