Энергетика будущего

     При сооружении ПЭС необходимо всесторонне  оценивать их экологическое воздействие  на окружающую среду. Оно довольно велико. В районах сооружения крупных ПЭС существенно изменяется высота приливов, нарушается водный баланс в акватории станции, что может серьёзно сказаться на рыбном хозяйстве, разведении устриц, мидий и пр.

     К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию  волн и температурного градиента. Энергия  ветровых волн суммарно оценивается  в 2,7 млрд. кВт в год. Опыты показали, что ее следует использовать не у  берега, куда волны приходят ослабленными, а в открытом море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых  акваториях волновая энергия достигает  значительной концентрации: в США и Японии – около 40 кВт на метр волнового фронта, а на западном побережье Великобритании – даже 80 кВт на 1 метр. Использование этой энергии, хотя и в местных масштабах, уже начато в Великобритании и Японии. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому центральному электроэнергетическому управлению.

     Впервые идею использования энергии разности температур поверхностных и глубинных  слоев воды Мирового океана предложил  французский ученый д'Арсонвиль  в 1881 году, но первые разработки начались лишь в 1973 году. Энергию разности температур различных слоев Мирового океана оценивают в 20-40 трлн. кВт. Из них  практически могут быть использованы лишь 4 трлн. кВт.

     Принцип действия этих станций заключается  в следующем: теплую морскую воду (24-32° С) направляют в теплообменник, где жидкий аммиак или фреон превращаются в пар, который вращает турбину, а затем поступает в следующий теплообменник для охлаждения и конденсации водой с температурой 5-6 °С, поступающей с глубины 200-500 метров. Получаемую электроэнергию передают на берег по подводному кабелю, но ее можно использовать и на месте (для обеспечения добычи минерального сырья со дна или его выделения из морской воды). Достоинство подобных установок – возможность их доставки в любой район Мирового океана. К тому же, разность температур различных слоев океанической воды – более стабильный источник энергии, чем, скажем, ветер, Солнце, морские волны или прибой. Первая такая установка была пущена в 1981 году на острове Науру. Единственный недостаток таких станций – их географическая привязанность к тропическим широтам. Для практического использования температурного градиента наиболее пригодны те районы Мирового океана, которые расположены между 20° с.ш. и 29° ю.ш., где температура воды у поверхности океана достигает, как правило, 27-28° С, а на глубине 1 километр имеет всего 4-5° С. 

     В океане, который составляет 72% поверхности  планеты, потенциально имеются различные виды энергии – энергия волн и приливов; энергия химических связей газов, солей и других минералов; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; энергия температурного градиента и др., и их можно преобразовывать в стандартные виды топлива. Такие количества энергии, многообразие её форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка.

     Океан наполнен внеземной энергией, которая  поступает в него из космоса. Она  доступна и безопасна, и не затрагивает  окружающую среду, неиссякаема и  свободна. Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух, образуя ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который накапливает тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в тоже время меняют свое направление под воздействие вращения Земли. Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей силой системой Земля-Луна и вызывают приливы и отливы. Океан – это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромная кладовая беспокойной энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Энергия биомассы

     Понятие «биомасса» относят к веществам  растительного или животного  происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

     Одно  из наиболее перспективных направлений  энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3 .

     Наиболее  эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно  получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений , трав и др.

     Биогаз  можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

     Производство  биогаза из органических отходов  дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

     Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья. 

6. Атомная энергетика

        Открытие излучения  урана  впоследствии  стало  ключом  к энергетическим кладовым природы.

        Главным, сразу  же  заинтересовавшим  исследователей,  был вопрос:  откуда берется энергия лучей,  испускаемых ураном,  и почему уран всегда чуточку теплее окружающей среды? Под сомнение ставился либо закон сохранения энергии,  либо утвержденный веками принцип неизменности атомов?  Огромная научная смелость требовалась от ученых, которые перешагнули границы привычного, отказались от устоявшихся представлений.

        Такими смельчаками оказались  молодые ученые Эрнест Резерфорд  и Фредерик Содди. Два года упорного труда по изучению радиоактивности привели их к революционному по тем временам  выводу:атомы некоторых элементов подвержены распаду, сопровождающемуся излучением энергии в количествах, огромных по сравнению с энергией, освобождающейся при обычных молекулярных видоизменениях.

        Невиданными темпами развивается  сегодня атомная энергетика. За  тридцать лет общая мощность  ядерных энергоблоков выросла  с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт! Некоторые ученые высказывают мнение,  что к 21 веку около половины всей электроэнергии в мире будет вырабатываться на атомных электростанциях.

        В принципе энергетический ядерный  реактор устроен довольно просто-в  нем,  так же как и в обычном  котле, вода превращается в  пар.  Для этого используют  энергию,  выделяющуюся  при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

        Самый распространенный в настоящее  время тип реактора водографитовый. Еще одна распространенная конструкция реакторов-так называемые  водо-водяные.  В  них вода не только отбирает тепло от твэлов,  но и служит замедлителем  нейтронов вместо  графита. Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона киловатт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожской, Балаковской и других атомных электростанциях.

        Но все-таки будущее ядерной  энергетики,  по-видимому, останется  за третьим типом реакторов, принцип работы и конструкция которых предложены учеными,  - реакторами на быстрых нейтронах. Их называют еще реакторами - размножителями. Обычные реакторы используют замедленные нейтроны,  которые вызывают цепную  реакцию в довольно редком изотопе- уране-235,  которого в природном уране всего около одного  процента.

  Именно  поэтому приходится строить огромные заводы,  на которых буквально просеивают атомы урана, выбирая из них атомы лишь одного  сорта урана-235. Остальной уран в обычных реакторах использоваться не может. Возникает вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа урана  на  сколько-нибудь продолжительное время или же человечество вновь столкнется с проблемой нехватки  энергетических ресурсов?

        Более тридцати лет назад эта  проблема была поставлена перед   коллективом лаборатории Физико-энергетического  института. Она была решена. Руководителем лаборатории Александром Ильичом Лейпунским  была  предложена  конструкция реактора на быстрых нейтронах. В 1955 году была построена первая такая установка. Преимущества реакторов  на быстрых нейтронах очевидны.  В них для получения энергии можно использовать все  запасы  природных  урана и тория,  а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана.

        Но все 400 атомных электростанции,  работающих сейчас на планете,  не могут создать угрозу, хотя бы сравнимую с угрозой, исходящей от 50 тысяч боеголовок.

        Нет сомнения в том, что атомная  энергетика заняла прочное место  в энергетическом балансе человечества. Она  безусловно будет развиваться и впредь, без отказано поставляя столь необходимую людям энергию.  Однако понадобятся дополнительные меры по  обеспечению надежности атомных электростанций,  их безаварийной работы,  а ученые и инженеры сумеют  найти  необходимые решения.

     7. Энергия вращения.

     Теория  движения показывает, что при раскручивании  тел может выделиться за счет релятивистских эффектов не более двух джоулей энергии  излучений на каждый вложенный во вращение тела джоуль механической энергии[11]. При этом в таких установках коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую достигает до 300%, а если же использовать специальные жидкости, то разогнанная установка, даже после выключения электродвигателя будет выделять тепловую энергию без потребления электрической. Таким образом, расчеты дает эффективность, близкую к бесконечности и получать даровую энергию. На основании этого появляются описании конструкции квантовой теплоэлектростанции, которая в качестве топлива использует воду и энергию вращения, вырабатывающие одновременно и электроэнергию, и горячую воду для теплоснабжения городов. Здесь процессы превращения внутренней энергии вещества в энергию излучений при ускорении вращения тел, а затем в тепло носят исключительно квантовый характер. Энергия новых связей, возникающих в веществе при его вращении, выделяется порциями - квантами. Величина этих квантов минимальна (<1эВ) при возникновении водородных связей и максимальна (до десятков МэВ) при связывании отдельных нуклонов в ядра атомов. Но во всех случаях это квантовые процессы. Поэтому энергетические установки, использующие такие процессы, авторы назвали квантовыми.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     8. Электрическое поле земли 

     Известно, что планета Земля и ее ионосфера  образуют "сферический конденсатор", напряженность создаваемого им электростатического поля составляет в среднем 100 В/м. Это "позволяет смотреть на Землю, как на огромный резервуар электричества..." и дает человечеству надежду, "подключить свои машины к самому источнику энергии окружающего пространства". Одна из возможных конструкций - антенна в виде металлизированного аэростата, поднятого над землей и служащего накопителем электрического заряда. Будучи соединенным с преобразователем энергии с помощью кабеля, этот накопитель способен использовать "дармовую" энергию атмосферного электричества[12].

     Внутренняя  сфера - поверхность Земли - заряжена отрицательно, внешняя сфера - ионосфера - положительно. Изолятором служит атмосфера  Земли. Подключив обычный металлический проводник к отрицательному полюсу – Земле, а положительный полюс - ионосфере - с помощью специфического проводника - конвективного тока, мы получим глобальный генератор электрической энергии. Конвективные токи - это электрические токи, обусловленные упорядоченным переносом заряженных частиц. В природе они встречаются часто. Самые мощные из них - это ураганы и восходящие потоки воздуха во внутритропической зоне конвергенции, которые уносят огромное количество отрицательных зарядов в верхние слои тропосферы.