Альтернативные источники энергии

Введение

   Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива.  Большие надежды в настоящем мире возлагаются на так называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых заключается в их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии. Энергетическая и сырьевая проблемы становятся все более острыми в России, хотя ее доля в мировой добыче нефти, газа, в производстве металлов, минеральных удобрений значительна. Это объясняется тем, что наша страна расходует слишком много топлива, электроэнергии, металла.

1. Альтернативные источники  энергии

Все большую популярность в мире приобретают  альтернативные источники  энергии. Их преимущество заключается в  возобновимости энергетических ресурсов. К таким  источникам можно  отнести:

• энергию солнца;

• энергию ветра;

• энергию приливов;

• биотопливо;

• топливо из биомассы.

Созданием топлива из биомасс  активно занимаются практически во всем мире и даже есть страны, которые уже  перешли на этот вид  топлива в определенной мере (в Финляндии  потребности в  горючем уже на 20% удовлетворяются за счет биотоплива, а лидирует в ЕС по использованию биомассы в качестве источника энергии Германия). Конечно, надо понимать, что на то, чтобы полностью заменить ту же нефть (применение) биотопливом должен пройти определенный срок. А пока необходимо проводить дальнейшие исследования в этой области. Но уже сейчас можно увидеть основные преимущества биодизельного топлива:

• в выхлопе гораздо  меньше токсичных  отходов, сажи (на 50%) и выбросов СО и  СО₂;

• оно дешевле нефтепродуктов;

• может использоваться как  в чистом виде, так  и в смеси с  привычным топливом;

• в смеси пригодно для  любого дизельного двигателя  практически без  переделки;

• само  по себе значительно  безопаснее для окружающей среды, чем обычное  топливо (менее токсично, чем обычная поваренная соль);

• легко разлагается микроорганизмами (на 90% за 3 недели);

• продлевает  жизнь двигателя (не образуется нагар  в цилиндрах);

• не  имеет неприятного  запаха.

2. Солнечная энергия

  Часто говорят, что новое - хорошо забытое старое. Как ни странно, к солнечной тепловой энергии эти слова тоже относятся. Раскопки археологов показали, что в стенах бань и некоторых других построек Древнего Рима были проложены каналы, по которым проходил теплый воздух от нагреваемой солнечным излучением части зданий и создавал комфортную температуру во всех помещениях. Получается, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен с давних времен.

  Солнечные установки могут быть предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Солнечные энергетические установки способны сэкономить дорогостоящее минеральное топливо, благодаря разумному использованию энергии солнечного излучения.

  Представление о солнечном доме, в котором теплохладоснабжение и горячее водоснабжение, осуществляется  при помощи солнечной энергии стало широко известно. Но настоящих солнечных домов, где полностью отработана система отопления и охлаждения, еще сравнительно немного, и сделать их экономически оправданными совсем не просто. Однако очевиден тот факт, что природных запасов нефти и угля на земном шаре не хватит на длительный срок и дальнейшая техническая программа неразрывно связана с необходимостью экономии энергии.

  Известно, что еще в 1979г. легкий одноместный самолет, оснащенный солнечными батареями, который назывался "Солар Челленджер" и был изготовлен в США, благополучно пересек морской пролив между Францией и Англией, Кроме того, на электрическом автомобиле с солнечными батареями был совершен автопробег через весь материк Австралии.

3. Ветровая энергия

  Впервые энергия ветра была использована, по-видимому, для передвижения парусных судов, а позднее - для подъема воды и размола зерна. Считается, что в Китае, Японии и Тибете первые ветряные двигатели были построены более 2 тысяч лет назад. Древние вавилоняне использовали их для осушения болот. В Египте и на Ближнем Востоке строили ветряные водоподъемники и мельницы.

  Но толком ветряной энергией стали заниматься гораздо позже. В России этот вид энергии стал объектом для исследований только после революции. В связи с началом электрификации сельского хозяйства была организована работа по созданию ветроэлектрических станций (ВЭС). Уже в 1930г. была спроектирована, а в 1931г. сооружена в Крыму первая в мире ВЭС Д30 мощностью 100кВт. Станция проработала до 1942г. и давала энергию в электрическую сеть Севастопольэнерго. А в 1956г. было произведено более 9 тысяч ветродвигателей.

  За рубежом наиболее широкое применение ветроустановки нашли в Австралии, Новой Зеландии, Латинской Америке, Греции и др.

  Ветер - один из наиболее мощных энергетических источников, который при благоприятных условиях может быть широко использован в народном хозяйстве. Он возникает вследствие постоянной циркуляции перемещения воздушных масс в атмосфере, вызванной неравномерным нагревом солнцем земной поверхности.

  Ветер - даровой энергетический источник.Особенность ветра как энергетического источника заключается в его непостоянстве, большой изменчивости скорости, а отсюда и энергии (в силу ряда метеорологических факторов (возмущение атмосферы, изменение солнечной активности и количество тепловой энергии, поступающей на землю), а также из-за влияния рельефных условий в данной местности скорость и направление ветра изменяются по случайному закону).

  Несмотря на несколько большие капитальные вложения ветроустановки экономичнее тепловых установок вследствие низкой эксплуатации расходов (затраты на них меньше в 6 раз). Отсюда затраты окупаются за 1-1,5 года. Кроме того, срок службы ветроагрегатов (относительно тихоходных машин) значительно больше, чем у тепловых двигателей. Большое государственное значение имеет экономия минерального топлива и охрана окружающей среды от загрязнений.

  В числе причин, обусловивших стремление к расширению использования энергии ветра:

• быстрый рост потребности  в энергии при ограниченных запасах жидкого и твердо топлива;

• резкое  повышение цен  на минеральное топливо;

• большие капиталовложения при  сооружении тепловых и гидравлических электростанций (возрастают с учетом затрат на передачу энергии, которые  весьма значительны потому, что приходиться обеспечивать энергией все более удаленные от линий передач, рассредоточенные и менее мощные потребителей);

• расширение  возможностей использования  угля, нефти и газа (в  химической промышленности для получения  синтетических материалов);

• значительные  достижения в области  аэродинамики и механики, самолетостроения и  химии, электротехники и др. позволяют  создать более  совершенные и  экономичные ветроагрегаты.

Наиболее  широко ветроустановки могут применяться  в сельском хозяйстве  для зарядки аккумуляторных батарей, опреснения минерализованных вод, откачки воды для питьевых нужд, водоемов аэрации.

Кроме того, электрические  ветроустановки малой  мощности, наряду с  зарядкой аккумуляторов, могут питать энергией маяки и бакены, защищать от коррозии газа - и нефтепроводы.Экономичнее использовать ВЭС в пустынях, засушливых районах и полупустынях.

4. Биотопливо

  Этот вид энергии имеет большие преимущества перед другими видами, поскольку он относительно дешевый и практически безвреден для окружающей среды. Естественно, что это не могло остаться незамеченным и многие страны уже активно занимаются исследованиями в этой области:

  Кипр. В связи с непрерывным ростом цен на нефть, на Кипре все активнее обсуждалась возможность использования в качестве альтернативы нефти биодизельное или другие разновидности топлива, получаемые из биомассы. Уже к концу 2005г. был подготовлен план поставок такого топлива и частичный перевод на него автомобилей с дизельным двигателем. Его станут получать из кукурузы, сои, хлопка, жмыха, остающегося после отжима масла из оливок. Кроме того, в стране разрабатывается программа, направленная на внедрение электромобилей и "гибридов". Одной из мер должно стать предоставление значительных субсидий (1700 евро->2000$) всем гражданам, желающим приобрести такой автомобиль.

Япония. В Токийском технологическом институте недавно запатентован метод преобразования растительного масла в биодизельное топливо с использованием катализаторов, в десятки раз гораздо более дешевых, чем применяемые ныне. Любое растительное масло может служить автомобильным топливом, но для этого входящие в его состав жирные кислоты надо превратить в эфиры. До сих пор необходимые для этого катализаторы оставались очень дорогими. Японские ученые получили пригодный для много кратного использования катализатор - твердую кислоту из обычного сахара. Теперь, по мнению авторов открытия, наладив промышленный выпуск катализатора, можно будет приступать к массовому производству дизельного топлива из возобновляемого сырья.

Россия. В Белгородской области весной 2005г. прошли первые испытания тепловоза с дизельным двигателем, адаптированным и работающем на рапсовом масле. Уже в 2006г., все тепловозы, приписанные к местной железной дороге, рассчитывают перевести на топливо из рапса. Масштабная программа замены бензина этанолом, получаемым при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур, осуществляется и в США. На долю так называемого газохола (смеси бензина с этанолом) уже приходится около 10% топливного рынка страны. Причем, как заключили американские эксперты, если спирта в бензин добавлять не больше 8%, то нет нужды даже в перенастройке карбюраторов или инжекторов.

Использование спирта в качестве топлива на транспорте получило широкое  распространение  во Франции и Швеции.