Альтернативные источники энергии

Магма – расплавленная  масса, образующаяся под корой Земли. Температура магмы достигает 1 200 0С. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

Горячие, находящиеся  под давлением, подземные воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ. 

Геотермальные электростанции - принципы работы

В настоящее  время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных  ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема  производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном  пару. Пар поступает непосредственно  в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование  пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке  и хранении топлива). Это старейшие  геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена  в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии – это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах  используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с  бинарным циклом производства электроэнергии.

Большинство геотермальных  районов содержат воду умеренных  температур (ниже 200 0С). На электростанциях  с бинарным циклом производства эта  вода используется для получения  энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Будущее геотермального электричества.

Резервуары с  паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных  ресурсов. Земная магма и сухая  твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны  соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными  производителями геотермальной  электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Чтобы геотермальное  электричество стало ключевым элементом  энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости  его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями  геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие  появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт. 

http://www.manbw.ru/analitycs/geothermal_power_stations_plant.html 
 

Солнце – это основной источник энергии на земле и первопричина, создавшая большинство других энергетических ресурсов нашей планеты, таких, как запасы каменного угля, нефти, газа, энергии ветра и падающей воды, электрической энергии и т.д. Энергия Солнца, которая в основном выделяется в виде лучистой энергии, так велика, что её трудно даже себе представить. Достаточно сказать, что на Землю поступает только одна двухмиллиардная доля этой энергии, но она составляет около 2,5 *10 18 кал./мин. По сравнению с этим все остальные источники энергии, как внешние (излучение луны, звёзд, космические лучи), так и внутренние (внутренние тепло Земли, радиоактивное излучение, запасы каменного угля, нефти и т.д.) пренебрежительно малы. Солнце - самая близкая к нам звезда представляющая собой огромный светящийся газовый шар, диаметр которого примерно в 109 раз больше диаметра Земли, а его объём больше объёма Земли примерно в 1 млн. 300 тыс. раз. Средняя плотность Солнца составляет около 0,25 от плотности нашей планеты.

Поскольку солнце не твёрдый, а газовый шар, говорить о его размерах следует условно, понимая под ними размеры видимого с Земли солнечного диска. Внутренняя часть солнца не доступна наблюдению. Она представляет собой своеобразный атомный котёл гигантских размеров, где под давлением около 100 миллиардов атмосфер происходят сложные ядерные  реакции, во время которых водород  превращается в гелий. Они-то и являются источником энергии солнца. Температура внутри солнца оценивается в 16 миллионов градусов. О том, что это за температура, английский учёный Д.Джинс в книге «Вселенная вокруг нас» говорит следующие: «… булавочная головка вещества, нагретого до температуры, которое царит в центре солнца, излучала бы столько тепла, что человек, находящийся на расстоянии в 150 км от неё сгорел бы мгновенно». Газ, который бушует в недрах Солнца, не только необычайно горяч, но и очень тяжёл. Его плотность в 11,4 раза превышает плотность Солнца. В этом атомном котле возникают невидимые рентгеновские лучи. Прежде чем достигнуть поверхности Солнца, они проходят очень извилистый путь, преодоление которого занимает около 20 тыс. лет. Чем ближе они приближаются к поверхности Солнца, тем всё больше увеличиваются длины волн, а частота колебаний уменьшается, пока они не превращаются в ультрафиолетовый и видимый свет.

По мере изменения  характера лучистой энергии меняется и температура Солнца. На расстоянии ? радиуса от центра она снижается примерно до 150 тыс. градусов. Наблюдать с Земли можно только внешнюю оболочку Солнца (фотосферу). Она-то и излучает солнечную радиацию. Толщина фотосферы всего около 300 км, а температура её поверхности 5700 градусов. Выше слоя фотосферы располагается солнечная атмосфера. Солнечную атмосферу учёные разделяют на две части. Нижний её слой, где вспыхивают языки пламени солнечного газа, называется хромосферой, а верхний – практически безграничный слой – солнечной короной. Температура её газов достигает миллионов градусов, то есть в тысячи раз выше, чем температура фотосферы. Столь огромное повышение (а не понижение) температуры солнечных газов по мере удаления от солнца учёные объясняют возникновением ударных волн, рождающихся чудовищной силой шумом, который происходит на поверхности светила. Современные исследования космических станций показывают, что газы солнечной короны заполняют всё межпланетное пространство солнечной системы. Газовые частицы, непрерывно излучаемые солнечной короной (корпускулы), образуют в межпланетном пространстве своеобразный «солнечный ветер». О некоторых свойствах этого ветра можно узнать, наблюдая поведение комет или магнитное возмущения в верхних слоях атмосферы, расположенных в близи магнитных полюсов Земли.

Скорость газовых  частиц, образующих «солнечный ветер» 300 – 500, а по некоторым данным даже 800 км в секунду. Благодаря этому  «ветру» Солнце непрерывно теряет не только энергию, но и массу. Он ежегодно уносит от Солнца около 1,4 *10 13 тонн вещества. Но, хотя эта цифра и астрономическая, потери солнечной материи, по сравнению  с общей массой Солнца, так малы, что могут привести к уменьшению её на 1% лишь через 100 миллиардов лет. Земля, как, впрочем, и все планеты солнечной  системы окружена не безвоздушным холодным пространством, а раскалённым корональным  газом, температура которого достигает  десятков тысяч градусов. Верхний  разряжённый слой атмосферы Земли (экзосфера) как бы сливается с  этим потоком летящих от солнца горячих  газов. Поэтому и температура  частиц воздуха здесь достигает  сотен градусов ниже нуля.

Помимо газовых  частиц (корпускул), которые, как я  сказал, летят от Солнца со скоростью 300 – 500 и более км/сек. и достигают  поверхности Земли примерно через 8 – 10 минут, Солнце излучает энергию  в виде электромагнитных волн различной длины и частоты, начиная от нескольких Ангстрем (1 микрон = 10000 Ангстрем) и заканчивая очень длинными радиоволнами. Основная часть приходящей на Землю солнечной радиации лежит в пределах 0,17 – 24 микрона, причём 99% этой радиации приходится на участок спектра от 0,17 до 4 микрон. Радиация Солнца с длинами волн меньше 0,17 микрон поглощается верхними слоями атмосферы, и измерить её можно только поднявшись на большие высоты. Эта коротковолновая ультрафиолетовая радиация Солнца является очень опасной для жизни живых организмов. Если бы атмосфера не предохраняла нас от неё, то жизнь на Земле была бы невозможной.

Солнечная радиация с длинами волн больше 24 микрон составляет ничтожно малую величину и в практических расчётах не учитывается. Весь остальной  спектр радиации Солнца (от 0,17 до 4 микрон) обычно делят на три части. Первая часть – ультрафиолетовая радиация (от 0,17 до 0,35 микрона). За сильное воздействие  на живые организмы её иногда называют химической радиацией. Именно она вызывает изменения в составе кожного  пигмента и образует солнечный загар, а при длительном воздействии  – эритему или ожог. При длительном облучении она губительно действует  на многие микроорганизмы. Однако, несмотря на значимость этой радиации в жизни  растений и животных, её доля в энергетическом балансе Земли не превышает 7 процентов. Вторую часть солнечного спектра (от 0,35 до 0,75 микрона) составляет световая радиация, то есть то, что мы называем солнечным светом. На долю этой радиации в энергетическом балансе приходится уже 46 процентов. И, наконец, третью часть  солнечного спектра (от 0,76 до 4 микрон и  далее) образует так называемая инфракрасная, уже невидимая для глаза, радиация (47 процентов).

Если смотреть на Солнце через тёмное стекло, туман  или дымку (особенно, когда оно  находится близко к горизонту), то можно увидеть огромное тёмное пятно. В действительности оказывается, что  это пятно, являющееся основанием фотосферы, отнюдь не сплошное и по внешнему виду напоминает вымощенную булыжником мостовую. Наблюдения показывают, что поверхность  Солнца никогда не бывает спокойна. Углубления на этой «мостовой» иногда сливаются между собой, образуя большие тёмные пятна, свидетельствующие о сильных вертикальных движениях солнечных газов; во время солнечной активности таких пятен одновременно может насчитываться несколько, в спокойные же периоды поверхность Солнца месяцами может оставаться чистой. Изучая частоту и интенсивность полярных сияний, которые увеличиваются и усиливаются в период солнечной активности, учёные установили, что солнечная активность имеет свою периодичность 2, 6, 11, 26, и около 100 лет. Особенно хорошо прослеживается 11-летний цикл.

В те годы, когда  максимумы или гребни этих волн накладываются  друг на друга, усиление солнечной активности происходит наиболее резко. Такая ситуация произошла в 1957 году, который учёные выбрали в качестве Международного геофизического года для организации  своих наблюдений одновременно на всём земном шаре. В этот год число  пятен (оно измеряется в условных единицах, называемых числами Вольфа) достигло рекордного за последние 250 лет  значения. Активность Солнца влияет на процессы, происходящие как на Земле, так и в атмосфере. С её усилением в атмосфере происходят магнитные возмущения, магнитные бури, ухудшается или даже прекращается прохождение радиоволн. Установлено большое влияние солнечной активности на погоду и даже на климат, а также на геофизические процессы, происходящие в твёрдой оболочке Земли. Дело в том, что так называемая плоскость эклиптики, в которой происходит вращение Земли вокруг Солнца, наклонена к солнечному экватору всего на 7 0 . Это означает, что к Земле поступает лучистая энергия и корпускулярное излучение только из узкой экваториальной области Солнца.

Вместе с тем  астрономами установлено, что в  период усиления солнечной активности образовавшиеся на Солнце пятна постепенно сползают от солнечных полюсов в зону солнечного экватора. Это приводит к тому, что в эти периоды к Земле приходит значительно больше ультрафиолетовых лучей и радиации сверхкоротких длин волн. Их влияние сказывается главным образом, на высоких слоях атмосферы и мало отражается на интенсивности прямой радиации, приходящей к земной поверхности. В высоких слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца молекулы кислорода О2 расщепляются пополам, или, как говорят, диссоциируются. Образовавшиеся в результате диссоциации свободные атомы кислорода очень неустойчивы, они быстро присоединяются к какой-либо другой молекуле кислорода, образуя новый газ, называемый озоном (О3).