Чому ж саме зараз, як ніколи гостро, постало питання: що чекає людство – енергетичний голод чи енергетичний достаток? Не сходять зі сторінок газет та журналів статті про енергетичну кризу. Через нафту виникають війни, розквітають і бідніють держави, змінюються уряди. До розряду газетних сенсацій стали відносити повідомлення про запуск нових установок або про нові винаходи в галузі енергетики. Розробляються гігантські енергетичні програми, здійснення яких вимагатиме величезних зусиль та величезних матеріальних витрат.

Якщо наприкінці минулого століття найпоширеніша зараз енергія - енергетична - грала, загалом, допоміжну і незначну у світовому балансі роль, то вже у 1930 році у світі було вироблено близько 300 мільярдів кіловат-годин електроенергії. Цілком реальний прогноз, за ​​яким у 2000 році буде вироблено 30 тисяч мільярдів кіловат-годин! Гігантські цифри, небувалі темпи зростання! І все одно енергії буде мало, а потреби у ній зростають ще швидше.

Рівень матеріальної, а в кінцевому підсумку і духовної культури людей перебуває у прямій залежності від кількості енергії, що є в їхньому розпорядженні. Щоб видобути руду, виплавити з неї метал, побудувати будинок, зробити будь-яку річ, потрібно витратити енергію. А потреби людини постійно зростають, та й людей стає дедалі більше.

То навіщо ж зупинка? Вчені та винахідники вже давно розробили численні способи виробництва енергії, насамперед електричної. Давайте будувати все більше і більше електростанцій, і енергії буде стільки, скільки знадобиться! Таке, здавалося б, очевидне рішення складного завдання, виявляється, таїть у собі чимало підводного каміння.

Невблаганні закони природи стверджують, що отримати енергію, придатну для використання, можна лише за рахунок її перетворень з інших форм. Вічні двигуни, що нібито виробляють енергію і нізвідки її не беруть, на жаль, неможливі. А структура світового енергогосподарства до сьогоднішнього дня склалася таким чином, що чотири з кожних п'яти вироблених кіловат виходять у принципі тим самим способом, яким користувалася первісна людина для зігрівання, тобто при спалюванні палива, або при використанні запасеної в ньому хімічної енергії, перетворенні її на електричну на теплових електростанціях.

Звичайно, способи спалювання палива стали набагато складнішими та досконалішими.

Нові фактори - зростання цін на нафту, швидкий розвиток атомної енергетики, зростання вимог до захисту навколишнього середовища, зажадали нового підходу до енергетики.

У розробці Енергетичної програми взяли участь найвідоміші вчені нашої країни, фахівці різних міністерств та відомств. За допомогою нових математичних моделей електронно-обчислювальні машини розрахували кілька сотень варіантів структури майбутнього енергетичного балансу країни. Було знайдено важливі рішення, визначили стратегію розвитку енергетики держави у наступні десятиліття.

Хоча в основі енергетики найближчого майбутнього залишиться теплоенергетика на не відновлюваних ресурсах, структура її зміниться. Повинне скоротитись використання нафти. Істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Почнеться використання поки що не зворушених гігантських запасів дешевого вугілля, наприклад, у Кузнецкому, Кансько-Ачинському, Екібаcтузькому басейнах. Широко застосовуватиметься природний газ, запаси якого в країні набагато перевершують запаси в інших країнах.

Енергетична програма країни – основа нашої техніки та економіки напередодні 21 століття.

Але вчені заглядають і вперед, межі термінів, встановлених Енергетичної програмою. На порозі 21 століття, і вони тверезо віддають собі відлік у реальності третього тисячоліття. На жаль, запаси нафти, газу, вугілля аж ніяк не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, були потрібні мільйони років, витрачені вони будуть за сотні років. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. На жаль, багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Зараз багато хто з цих країн, особливо в районі Перської затоки, буквально купаються в золоті, не замислюючись, що через кілька десятків років ці запаси вичерпаються. Що ж станеться тоді, а це рано чи пізно станеться, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, а й транспорту, і хімії, змусило задуматися про інші види палива, придатні для заміни нафти і газу. Особливо задумалися тоді ті країни, де немає власних запасів нафти та газу і яким доводиться їх купувати.

А поки що у світі все більше вчених інженерів займаються пошуками нових, нетрадиційних джерел, які могли б взяти на себе хоча б частину турбот із постачання людства енергією. Вирішення цього завдання дослідники шукають на різних шляхах. Найпривабливішим, звичайно, є використання вічних, відновлюваних джерел енергії-енергії поточної води та вітру, океанських припливів та відливів, тепла земних надр, сонця. Багато уваги приділяється розвитку атомної енергетики, вчені шукають способи відтворення Землі процесів, які у зірках і забезпечують їх колосальними запасами енергії.

Енергія – з чого все почалося

Сьогодні нам може здаватися, що розвиток та вдосконалення людини відбувалося неймовірно повільно. Йому буквально доводилося чекати милостей від природи. Він був практично беззахисний н перед холодом, йому невпинно загрожували дикі звіри, його життя постійно висіла на волосині. Але поступово людина розвинулася настільки, що зуміла знайти зброю, яка в поєднанні зі здатністю мислити і творити остаточно підняла її над усім живим оточенням. Спочатку вогонь добували випадково – наприклад, із палаючих дерев, у які вдарила блискавка, потім стали добувати свідомо: за рахунок тертя один про одного двох відповідних шматків дерева людина вперше запалила вогонь 80–150 тисяч років тому. Життєдайний, таємничий, що вселяє впевненість і почуття гордості ВОГОНЬ.

Після цього люди вже не відмовлялися від можливості використовувати вогонь у боротьбі проти суворих холодів та хижих звірів, для приготування насилу видобутої їжі. Скільки спритності, наполегливості, досвіду та й просто везіння це вимагало! Уявімо собі людину, оточену незайманою природою – без будівель, які б її захищали, без знання хоча б елементарних фізичних законів, із запасом слів, що не перевищує кількох десятків. (До речі, чи багато хто з нас, навіть що володіють солідною науковою підготовкою, змогли б запалити вогонь, не вдаючись до будь-яких технічних засобів-хоча б сірникам?) До цього відкриття людина йшла дуже довго і поширювалося Воно повільно, але ознаменувало собою один з найважливіших переломних етапів історія цивілізації.

Йшов час. Люди навчилися отримувати тепло, але старі мали ніяку силу, крім своїх м'язів, яка допомагала б їм підпорядкувати собі природу. І все-таки поступово, помалу вони почали використовувати силу приручених тварин, вітру та води. За даними істориків, перші тяглові тварини були запряжені в плуг близько 5000 років тому. Згадка про перше використання водної енергії – запуск першого млина з колесом, яке приводиться в рух водяним потоком, – відноситься до початку нашого літочислення. Однак знадобилася ще тисяча років, перш ніж цей винахід набув поширення. А найдавніші з найвідоміших сьогодні вітряків у Європа були побудовані в XI ст.

Протягом століть ступінь використання нових джерел енергії - домашніх тварин, вітру та води залишався дуже низьким. Головним джерелом енергії, за допомогою якої людина будувала житло, обробляла поля, «подорожував», захищався і нападав, служила сила його власних рук і ніг. І так тривало приблизно до середини нашого тисячоліття. Правда, вже в 1470 р. був спущений на воду перший великий чотирищогловий корабель; близько 1500 р. геніальний Леонардо да Вінчі запропонував не тільки дуже дотепну модель ткацького верстата, а й проект спорудження машини, що літає. Йому ж належать багато інших, для того часу просто фантастичних ідей і задумів, здійснення яких мало сприяти розширенню знань і продуктивних сил. Але справжній перелом у технічній думці людства настав порівняно недавно, трохи більше трьох століть тому.

Одним з перших гігантів на шляху наукового прогресу людства, безсумнівно, був Ісаак Ньютон. Цей видатний англійський дослідник природи все своє довге життя і неабиякий талант присвятив павуці: фізиці, астрономії і математик. Він сформулював основні закони класичної механіки, розробив тор тяжіння, заклав основи гідродинаміки і акустики, в значній мірі сприяв розвитку оптики, разом з Лейбіцм створив початки теоріїобчислення нескінченно малих і теорії симетричних функцій. Фізику XVIII і XIX століть по праву називають Ньютовською. Праці Ісаака Ньютона багато в чому допоміг помножити силу людських м'язів і творчі у здібності людського мозку.

Переваги гідроелектростанцій очевидні - постійно відновлюваний природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та й досвід будівництва та експлуатації водяних коліс міг би надати чималу допомогу гідроенергетикам. Однак спорудження греблі великої гідроелектростанції виявилося завданням куди складнішим, ніж спорудження невеликої загати для обертання колеса млина. Щоб привести у обертання потужні гідротурбіни, потрібно нагромадити за греблею величезний запас води. Для будівництва греблі потрібно укласти таку кількість матеріалів, що обсяг гігантських єгипетських пірамід у порівнянні з ним здасться нікчемним.

Тому на початку XX століття було побудовано лише кілька гідроелектростанцій. Поблизу П'ятигорська, на Північному Кавказі на гірській річці Підкумок успішно діяла досить велика електростанція з багатозначною назвою "Біле вугілля". Це було лише початком.

Вже в історичному плані ГОЕЛРО передбачалося будівництво великих гідроелектростанцій. У 1926 року у лад увійшла Волховська ГЕС, у наступному – розпочалося будівництво знаменитої Дніпровської. Далекоглядна енергетична політика, що проводиться в нашій країні, призвела до того, що у нас, як у жодній країні світу, розвинена система потужних гідроелектричних станцій. Жодна держава не може похвалитися такими енергетичними гігантами, як Волзька, Красноярська та Братська, Саяно-Шушенська ГЕС. Ці станції, що дають буквально океани енергії, стали центрами, довкола яких розвинулися потужні промислові комплекси.

Але поки що людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щороку величезні потоки води, що утворилися від дощів та танення снігів, стікають у моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою гребель, людство отримало б додатково колосальну кількість енергії.

Геотермальна енергія

Земля, ця маленька зелена планета, – наш спільний будинок, з якого ми поки що не можемо, та й не хочемо, йти. Порівняно з міріадами інших планет Земля справді невелика: більша її частина вкрита затишною та цілющою зеленню. Але ця прекрасна і спокійна планета часом лютує, і тоді з нею жарти погані - вона здатна знищити все, що милостиво дарувала нам з незапам'ятних часів. Грізні смерчі та тайфуни забирають тисячі життів, невгамовні води річок і морів руйнують все на своєму шляху, лісові пожежі за лічені години спустошують величезні території разом із спорудами та посівами.

Але все це дрібниці в порівнянні з виверженням вулкана, що прокинувся. Навряд чи знайдеш на Землі інші приклади стихійного вивільнення природної енергії, які по силі могли б змагатися з деякими вулканами.

Здавна люди знають про стихійні прояви гігантської енергії, що таїться в надрах земної кулі. Пам'ять людства зберігає перекази про катастрофічні виверження вулканів, які забрали мільйони людських життів, які невпізнанно змінили вигляд багатьох місць на Землі. Потужність виверження навіть порівняно невеликого вулкана колосальна, вона в багато разів перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Щоправда, про безпосереднє використання енергії вулканічних вивержень годі й говорити – немає поки що людей можливостей приборкати цю непокірну стихію, та й, на щастя, виверження ці досить рідкісні події. Але це прояви енергії, що таїться в земних надрах, коли лише крихітна частка цієї невичерпної енергії знаходить вихід через жерла вулканів.

Енергетика грунту – геотермальна енергетика виходить з використанні природної теплоти Землі. Верхня частина земної кори має термічний градієнт, рівний 20-30 ° С у розрахунку на 1 км глибини, і, за даними Уайта (1965), кількість теплоти, що міститься в земній корі до глибини 10 км (без урахування температури поверхні), і приблизно 12,6-10^26 Дж. Ці ресурси еквівалентні тепломістку 4,6·10 16 т вугілля (приймаючи середню теплоту згоряння вугілля рівною 27,6-10 9 Дж/т), що більш ніж 70 тис. разів перевищує теплоутримання всіх технічно та економічно видобутих світових ресурсів вугілля. Однак геотермальна теплота у верхній частині земної кори (до глибини 10 км) надто розпорошена, щоб на її базі вирішувати світові енергетичні проблеми. Ресурси, придатні для промислового використання, є окремими родовищами геотермальної енергії, сконцентрованої на доступній для розробки глибині, що мають певні обсяги і температуру, достатні для використання їх з метою виробництва електричної енергії або теплоти.

З геологічної точки зору геотермальні енергоресурси можна розділити на гідротермальні конвективні системи, гарячі сухі вулканічні системи і системи з високим тепловим потоком.

Гідротермальні системи

До категорії гідротермальних конвективних систем відносять підземні басейни пари або гарячої води, що виходять на поверхню землі, утворюючи гейзери, сірчисті грязьові озера та фумароли. Утворення таких систем пов'язане з наявністю джерела теплоти гарячою або розплавленою скельною породою, розташованої відносно близько до поверхні землі. Над цією зоною високотемпературної скельної породи знаходиться формація з проникної гірської породи, що містить воду, яка піднімається вгору внаслідок її підстилаючої гарячої породи. Проникна порода, у свою чергу, зверху покрита непроникною скельною породою, що утворює пастку для перегрітої води. Однак наявність у цій породі тріщин або пір дозволяє гарячій воді або пароводяній суміші підніматися до поверхні землі. Гідротермальні конвективні системи зазвичай розміщуються за межами тектонічних плит земної кори, яким властива вулканічна активність.

У принципі для електроенергії на родовищах з гарячою водою застосовується метод, заснований на використанні пари, що утворився при випаровуванні гарячої рідини на поверхні. Цей метод використовує те явище, що при наближенні гарячої води (під високим тиском) по свердловинах з басейну до поверхні тиск падає і близько 20% рідини закипає і перетворюється на пару. Ця пара відокремлюється за допомогою сепаратора від води і прямує в турбіну. Вода, що виходить із сепаратора, може бути піддана подальшій обробці залежно від її мінерального складу. Цю воду можна закачувати назад у скельні породи відразу або, якщо це економічно виправдано, із попереднім вилученням із неї мінералів. Прикладами геотермальних родовищ із гарячою водою є Уайракей і Бродлендс у Новій Зеландії, Серро-Пріето у Мексиці, Солтон-Сі у Каліфорнії, Отаці у Японії.

Іншим способом виробництва електроенергії з урахуванням високо- чи среднетемпературных геотермальних вод є використання процесу із застосуванням двоконтурного (бінарного) циклу. У цьому процесі вода, отримана з басейну, використовується для нагрівання теплоносія другого контуру (фреону або ізобутану), що має низьку температуру кипіння. Пара, що утворилася в результаті кипіння цієї рідини, використовується для приводу турбіни. Відпрацьована пара конденсується і знову пропускається через теплообмінник, створюючи тим самим замкнутий цикл. Установки, що використовують фреон як теплоносій другого контуру, нині підготовлені для промислового освоєння в діапазоні температур 75–150 °С та при одиничній електричній потужності в межах 10–100 кВт. Такі установки можуть бути використані для виробництва електроенергії у відповідних для цього місцях, особливо у віддалених сільських районах.

Гарячі системи вулканічного походження

До другого типу геотермальних ресурсів (гарячі системи вулканічного походження) відносяться магма і непроникні гарячі сухі породи (зони застиглої породи навколо магми і скельні породи, що її покривають). Отримання геотермальної енергії безпосередньо з магми поки що технічно неможливе. Технологія, необхідна використання енергії гарячих сухих порід, лише починає розроблятися. Попередні технічні розробки методів використання цих енергетичних ресурсів передбачають влаштування замкнутого контуру з циркулюючою по ньому рідиною, що проходить через гарячу породу ( Рис. 5). Спочатку пробурюють свердловину, що досягає області залягання гарячої породи; потім через неї у породу під великим тиском закачують холодну воду, що призводить до утворення у ній тріщин. Після цього через утворену таким чином зону тріщинуватої породи пробурюють другу свердловину. Нарешті, холодну воду із поверхні закачують у першу свердловину. Проходячи через гарячу породу, вона нагрівається II витягується через другу свердловину у вигляді пари або гарячої води, які потім можна використовувати для електроенергії одним з розглянутих раніше способів.

Системи з високим тепловим потоком

Геотермальні системи третього типу існують у тих районах, де в зоні з високими значеннями теплового потоку розташовується глибокозалягаючий осадовий басейн. У таких районах, як Паризький або Угорський басейни, температура води, що надходить із свердловин, може досягати 100 °С.

Особлива категорія родовищ цього типу знаходиться в районах, де нормальний тепловий потік через грунт виявляється в пастці з ізолюючих непроникних пластів глини, що утворилися в геосинклінальних зонах, що швидко опускаються, або в областях опускання земної кори. Температура води, що надходить із геотермальних родовищ у зонах геотиску, може досягати 150–180 °С, а тиск у гирла свердловини 28–56 МПа. Добова продуктивність розрахунку одну свердловину може становити кілька мільйонів кубічних метрів флюїду. Геотермальні басейни в зонах підвищеного геотиску виявлені в багатьох районах в ході нафтогазорозвідки, наприклад, у Північній та Південній Америці, на Далекому та Близькому Сході, в Африці та Європі. Можливість використання таких родовищ з енергетичною метою поки що не продемонстрована.

Енергія світового океану

Різке збільшення цін на паливо, труднощі з його отриманим, повідомлення про виснаження паливних ресурсів – всі ці видимі ознаки енергетичної кризи викликали останніми роками у багатьох країнах значний інтерес до нових джерел енергії, зокрема енергії Світового океану.

Теплова енергія океану

Відомо, що запаси енергії у Світовому океані колосальні, адже дві третини земної поверхні (361 млн. км2) займають моря та океани – акваторія Тихого океану становить 180 млн. км2. . Атлантичного – 93 млн. км 2 , Індійського – 75 млн. км 2 . течій оцінюється величиною порядку 10 18 Дж. Однак поки що люди вміють використовувати лише мізерні частки цієї енергії, та й то ціною великих капіталовкладень, що повільно окупаються, так що така енергетика досі здавалася малоперспективною.

Останні десятиліття характеризується певними успіхами у використанні теплової енергії океану. Так, створені установки міні-ОТЕС і ОТЕС-1 (ОТЕС – початкові літери англійських слів Осеаn Тhеrmal Energy Conversion, тобто перетворення теплової енергії океану – йдеться про перетворення на електричну енергію). Торішнього серпня 1979 р. поблизу Гавайських островів почала працювати теплоенергетична установка міні-ОТЕС. Пробна експлуатація установки протягом трьох із половиною місяців показала її достатню надійність. При безперервній цілодобовій роботі був зривів, якщо вважати дрібних технічних неполадок, зазвичай що виникають при випробуваннях будь-яких нових установок. Її повна потужність становила загалом 48,7 кВт, максимальна –53 кВт; 12 кВт (максимум 15) монтаж віддавала у зовнішню мережу на корисне навантаження, точніше – на зарядку акумуляторів. Інша потужність, що виробляється, витрачалася на власні потреби установки. До них входять витрати анергії на роботу трьох насосів, втрати у двох теплообмінниках, турбіні та в генераторі електричної енергії.

Три насоси вимагалися з наступного розрахунку: один – для подачі теплої види з океану, другий – для підкачування холодної води з глибини близько 700 м, третій – для перекачування вторинної робочої рідини всередині самої системи, тобто з конденсатора у випарник. Як вторинна робоча рідина застосовується аміак.

Установку міні-ОТЕС змонтовано на баржі. Під її днищем розміщено довгий трубопровід для забору холодної води. Трубопровід служить поліетиленова труба довжиною 700 м з внутрішнім діаметром 50 см. Трубопровід прикріплений до днища судна за допомогою особливого затвора, що дозволяє в разі необхідності швидке від'єднання. Поліетиленова труба одночасно використовується і для заякорювання системи труба-судно. Оригінальність такого рішення не викликає сумнівів, оскільки якірні постановки для більш потужних систем ОТЕС, що розробляються нині, є дуже серйозною проблемою.

Вперше в історії техніки установка міні-ОТЕС спромоглася віддати у зовнішнє навантаження корисну потужність, одночасно покривши і власні потреби. Досвід, отриманий при експлуатації міні-ОТЕС, дозволив швидко побудувати потужнішу теплоенергетичну установку ОТЕС-1 і приступити до проектування ще потужніших систем подібного типу.

Нові станції ОТЕС на потужність у багато десятків і сотень мегаватпроектуються без судна. Це – одна грандіонна труба, у верхній частині якої знаходиться круглий машинний зал, де розміщені всі необхідні пристрої для перетворення анергії ( Рис. 6). Верхній кінець трубопроводу кожної води розташується в океані на глибині 25-0 м.Машинний зал проектується навколо труби на глибині близько 100 м. Там будуть встановлені турбоагрегати, що працюють на парах аміаку, а також все інше обладнання. Асса всього споруди перевищує 300 тис. т. Труба-монстр, що йде майже на кілометр холодну глибину океану, а в її верхній частині щось на кшталт малого острівця. І ніякого судна, крім, звичайно, звичайних суден, необхідних для обслуговування системи і зв'язку з берегом.

Енергія припливів та відливів.

Повіками люди розмірковували над причиною морських припливів та відпливів. Сьогодні достовірно знаємо, що могутнє природне явище – ритмічне рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Оскільки Сонце знаходиться від Землі в 400 разів далі, набагато менша маса Місяця діє на земні поди вдвічі сильніші, ніж маса Сонця. Тому вирішальну роль грає приплив, викликаний Місяцем (місячний приплив). У морських теренах припливи чергуються з відливами теоретично через 6 год 12 хв 30 с. Якщо Місяць, Сонце і Земля знаходяться на одній прямій (так звана сизігія), Сонце своїм тяжінням посилює вплив Місяця, і тоді настає сильний приплив (сизігійний приплив або велика вода). Коли ж Сонце стоїть під прямим кутом до відрізку Земля-Місяч (квадратура), настає слабкий приплив (квадратурний, або мала вода). Сильні і слабкі припливи чергуються через сім днів.

Проте справжній хід припливу та відливу дуже складний. На нього впливають особливості руху небесних тіл, характер берегової лінії, глибина води, морські течії та вітер.

Найвищі та найсильніші приливні хвилі виникають у дрібних та вузьких затоках або гирлах річок, що впадають у моря та океани. Припливна хвиля Індійського океану котиться проти течії Гангу на відстань 250 км від гирла. Приливна хвиля Атлантичного океану поширюється на 900 км нагору Амазонкою. У закритих морях, наприклад, Чорному або Середземному, виникають малі приливні хвилі заввишки 50-70 см.

Максимально можлива потужність в одному циклі приплив - відлив, тобто від одного припливу до іншого, виражається рівнянням

де р – щільність води, g- Прискорення сили тяжіння, S– площа приливного басейну, R- Різниця рівнів при припливі.

Як видно з формули, для використання приливної енергії найбільш підходящими можна вважати такі місця на морському узбережжі, де припливи мають велику амплітуду, а контур і рельєф берега дозволяють влаштувати великі замкнені «басейни».

Потужність електростанцій у деяких місцях могла б становити 2–20 МВт.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена по великій площі (іншими словами, м'яку щільність), будь-яка установка для прямого використання сонячної енергії повинна мати збирає пристрій (колектор) з достатньою поверхнею.

Найпростіший пристрій такого роду - лоскій к л ктор; в принципі це чорна плита, добре ізольована знизу. У просторі між літою і склом найчастіше розміщують чорні трубки, через які течуть вода, масло, ртуть, повітря, сірчистий ангідрид і т.д. п.Сонячне випромінювання, прон кая черезскло або пластмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плитою і нагріває робітник їїство в трубках. Теплове випромінювання не може вийти з колектора, тому температура в ньому значно вища (па 200-500 ° С), ніж температура навколишнього повітря. У цьому вся проявляється так званий парниковий ефект. Звичайні садові перуки, по суті, є простими колекторами сонячного випромінювання. Але що далі від тропіків, то менше еффе тивен горизонтальний колектор, а повертати його слід за Слінцем занадто важко і дорого. Тому такі колектори, як правило, встановлюють під певним оптимальним кутом на південь.

Більш складним дорогим колектором є увігнуте дзеркало, яке зосереджує падаюче випромінювання в малому обсязі біля певної г метричної точки – фокусу. Поверхня дзеркала, що відображає, виконана з металізованої пластмаси або складена з багатьох малих плоских дзеркал, прикріплених до великої параболічної основи. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Сонця – це дозволяє збирати якомога більшу кількість сонячного випромінювання. Температура в робочому просторі дзеркальних колекторів остигає 3000 ° С і вище.

Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне у себе гігантське збільшення потреби у матеріалах, отже, й у трудових ресурсах для видобутку сировини, його збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, інший апаратури, їх перевезення. Підрахунки показують, що для виробництва 1 МВт * рік електричної енергії за допомогою сонячної енергетики потрібно витратити від 10 000 до 40 000 людино-годин. У традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник становить 200-500 людино-годин.

Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках та станціях, допоможуть вирішити як технічні, а й економічні проблеми. Проте станції-перетворювачі сонячної енергії будують і вони працюють.

З 1988 року на Керченському півострові працює Кримська сонячна електростанція. Здається, здоровим глуздом визначено її місце. Вже якщо десь і будувати такі станції, то це насамперед у краю курортів, санаторіїв, будинків відпочинку, туристичних маршрутів; в краю, де треба багато енергії, але ще важливіше зберегти в чистоті навколишнє середовище, саме благополуччя якого, і насамперед чистота повітря, є цілющим для людини.

Кримська СЕС невелика – потужність лише 5 МВт. У певному сенсі вона – спроба сил. Хоча, здавалося б, що ще треба пробувати, коли відомий досвід будівництва геліостанцій в інших країнах.

На острові Сицилія ще на початку 80-х років дала струм сонячна електростанція потужністю 1 МВт. Принцип її роботи також баштовий. Дзеркала фокусують сонячні промені на приймачі, розташованому на 50-метровій висоті. Там виробляється пара з температурою понад 600 °С, яка приводить у дію традиційну турбіну з підключеним до неї генератором струму. Незаперечно доведено, що на такому принципі можуть працювати електростанції потужністю 10–20 МВт, а також набагато більше, якщо групувати подібні модулі, приєднуючи їх один до одного.

Дещо іншого типу електростанція в Алькерії на півдні Іспанії. Її відмінність у тому, що сфокусоване на вершину вежі сонячне тепло надає руху натрієвому кругообігу, а той уже нагріває воду до утворення пари. Такий варіант має ряд переваг. Натрієвий акумулятор тепла забезпечує не тільки безперервну роботу електростанції, але дає можливість частково накопичувати надмірну енергію для роботи в похмуру погоду та вночі. Потужність іспанської станції має лише 0,5 МВт. Але на її принципі можуть бути створені значно більші – до 300 МВт. В установках цього типу концентрація сонячної анергії настільки висока, що ККД паротурбінного процесу тут не гірше, ніж на традиційних теплових електростанціях.

На думку фахівців, найпривабливішою ідеєю щодо перетворення сонячної енергії є використання фотоелектричного ефекту у напівпровідниках.

Але, наприклад, електростанція на сонячних батареях поблизу екватора з добовим виробленням 500 МВт·ч (приблизно стільки енергії виробляє досить велика ГЕС) при к.п.д. 10% зажадала б ефективної поверхні близько 500 000 м 2 . Ясно, що така велика кількість сонячних напівпровідникових елементів може. окупитися лише тоді, коли їхнє виробництво буде справді дешево. Ефективність сонячних електростанцій в інших зонах Землі була б мала через нестійкі атмосферні умови щодо слабкої інтенсивності сонячної радіації, яку тут навіть у сонячні дні сильніше поглинає атмосфера, а також коливань, зумовлених чергуванням дня і ночі.

Проте сонячні фотоелементи вже сьогодні знаходять своє специфічне застосування. Вони виявилися практично незамінними джерелами електричного струму в ракетах, супутниках та автоматичних міжпланетних станціях, а на Землі – в першу чергу для живлення телефонних мереж у неелектрифікованих районах або ж для малих споживачів струму (радіоапаратура, електричні бритви та запальнички тощо) . Напівпровідникові сонячні батареї вперше було встановлено третьому радянському штучному супутнику Землі (запущеному на орбіту 15 травня 1958 р.).

Йде робота, йдуть оцінки. Поки вони, треба визнати, не на користь сонячних електростанцій: сьогодні ці споруди все ще належать до найскладніших і найдорожчих технічних методів використання геліоенергії. Потрібні нові варіанти, нові ідеї. Нестачі у них немає. З реалізацією гірше.

Атомна енергія.

При дослідженні розпаду атомних ядер виявилося, що кожне ядро ​​важить менше, ніж сума його протонів і нейтронів. Це тим, що з об'єднанні протонів і нейтронів в ядро ​​виділяється багато енергії. Зменшення маси ядер на 1 г еквівалентна такій кількості теплової енергії, яка вийшла б при спалюванні 300 вагонів кам'яного вугілля. Не дивно тому, що дослідники доклали всіх сил, прагнучи знайти ключ, який дозволив би «відкрити» атомне ядро ​​і звільнити приховану в ньому величезну енергію.

Спочатку це завдання здавалося нерозв'язним. Як інструмент вчені не випадково обрали нейтрон. Ця частка електрично нейтральна, і на неї не діють електричні сили відштовхування. Тому нейтрон легко може проникнути у атомне ядро. Нейтронами бомбардували ядра атомів окремих елементів. Коли ж черга дійшла до урану, виявилося, що цей важкий елемент поводиться інакше, ніж інші. До речі, слід нагадати, що уран, що зустрічається в природі, містить три ізотопи: уран-238 (238 U), уран-235 (235 U) і уран-234 (234 U), причому цифра означає масове число.

Атомне ядро ​​урану-235 виявилося значно менш стійким, ніж ядра інших елементів та ізотопів. Під дією одного нейтрона настає розподіл (розщеплення) урану, його ядро ​​розпадається на два приблизно однакових осколка, наприклад на ядра криптону і барію. Ці уламки з величезними швидкостями розлітаються у різних напрямках.

Але головне у цьому процесі, що з розпаду одного ядра урану виникають два-три нових вільних нейтрона. Причина полягає в тому, що важке ядро ​​урану містить більше нейтронів, ніж їх потрібно для утворення двох менших атомних ядер. «Будівельного матеріалу» дуже багато, і атомне ядро ​​має його позбутися.

Кожен із нових нейтронів може зробити те, що зробив перший, коли розщепив одне ядро. Справді, вигідна калькуляція: замість одного нейтрона отримуємо два-три з такою самою здатністю розщепити наступні два-три ядра урану-235. І так продовжується далі: відбувається ланцюгова реакція, і, якщо нею не керувати, вона набуває лавинного характеру і закінчується найпотужнішим вибухом – вибухом атомної бомби. Навчившись регулювати цей процес, люди отримали можливість безперервно отримувати енергію з атомних ядер урану. Управління цим процесом здійснюють ядерних реакторах.

Ядерний реактор – пристрій, у якому протікає керована ланцюгова реакція. При цьому розпад атомних ядер є регульованим джерелом і тепла, і нейтронів.

Перший проект ядерного реактора розробив у 1939 р. французький вчений Фредерік Жоліо-Кюрі. Але незабаром Францію окупували фашисти, і проект не було реалізовано.

Ланцюгова реакція поділу урану вперше була здійснена в 1942 р. в США, в реакторі, який група дослідників на чолі з італійським ученим Енріко Фермі побудувала у приміщенні стадіону університету Чикаго. Цей реактор мав розміри 6х6х6,7 м та потужність 20 кВт; він працював без зовнішнього охолодження.

Перший ядерний реактор у СРСР (і у Європі) був побудований під керівництвом акад. І. В. Курчатова та запущений у 1946 р.

Небаченими темпами розвивається сьогодні атомна енергетика. За тридцять років загальна потужність ядерних енергоблоків зросла з 5 тисяч до 23 мільйонів кіловат! Деякі вчені висловлюють думку, що до 21 століття близько половини всієї електроенергії у світі вироблятиметься на атомних електростанціях.

У принципі енергетичний ядерний реактор влаштований досить просто – у ньому, як і у звичайному котлі, вода перетворюється на пару. Для цього використовують енергію, що виділяється при ланцюговій реакції розпаду атомів урану чи іншого ядерного палива. На атомній електростанції немає величезного парового котла, що складається з тисяч кілометрів сталевих трубок, якими при величезному тиску циркулює вода, перетворюючись на пару. Цю махіну замінив відносно невеликий ядерний реактор.

Атомні реактори на теплових нейтронах розрізняються між собою головним чином за двома ознаками: які речовини використовуються як уповільнювач нейтронів і які як теплоносій, за допомогою якого проводиться відведення тепла з активної зони реактора. Найбільшого поширення нині мають водо-водяні реактори, у яких звичайна вода служить і сповільнювачем нейтронів, і теплоносієм, уран-графітові реактори (уповільнювач – графіт, теплоносій – звичайна вода), газографітові реактори (уповільнювач – графіт, теплоносій – газ, часто вуглекислота), важководні реактори (уповільнювач - важка вода, теплоносій - або важка, або звичайна вода).

Ні Рис. 9представлена ​​важлива схема водо-водяного реактора. Активна зона реактора є товстостінною судиною, в якій знаходяться вода і занурені в неї складання тепловиділяючих елементів (ТВЕЛ). Тепло, що виділяється ТВЕЛами, забирається водою, температура якої значно підвищується.

Конструктори довели потужність таких реакторів до мільйона кіловат. Могутні енергетичні агрегати встановлені на Запорізькій, Балаківській та інших атомних електростанціях. Незабаром реактори такої конструкції, мабуть, наздоженуть за потужністю і рекордсмена - півторамільйонник із Ігналинської АЕС.

Але все-таки майбутнє ядерної енергетики, мабуть, залишиться за третім типом реакторів, принцип роботи та конструкція яких запропоновані вченими – реакторами на швидких нейтронах. Їх називають ще реакторами-розмножувачами. Звичайні реактори використовують уповільнені нейтрони, які викликають ланцюгову реакцію в досить рідкісному ізотопі – урані-235, якого в природному урані лише близько одного відсотка. Саме тому доводиться будувати величезні заводи, де буквально просівають атоми урану, вибираючи їх атоми лише однієї сорти урану-235. Решта урану в звичайних реакторах використовуватися не може. Виникає питання: а чи вистачить цього рідкісного ізотопу урану на скільки-небудь тривалий час чи людство знову зіткнеться з проблемою нестачі енергетичних ресурсів?

Понад тридцять років тому цю проблему поставили перед колективом лабораторії Фізико-енергетичного інституту. Вона була вирішена. Керівником лабораторії Олександром Іллічем Лейпунським було запропоновано конструкцію реактора на швидких нейтронах. У 1955 році було збудовано першу таку установку. Переваги реакторів на швидких нейтронах є очевидними. Вони для отримання енергії можна використати всі запаси природних урану і торію, а вони величезні – лише у Світовому океані розчинено понад чотири мільярди тонн урану.

Немає сумніву, що атомна енергетика зайняла міцне місце в енергетичному балансі людства. Вона, безумовно, буде розвиватися і надалі, без відмовлення поставляючи таку необхідну людям енергію. Однак знадобляться додаткові заходи щодо забезпечення надійності атомних електростанцій, їхньої безаварійної роботи, а вчені та інженери зможуть знайти необхідні рішення.

Воднева енергетика

Багато фахівців висловлюють побоювання з приводу дедалі більшої тенденції до суцільної електрифікації економіки та господарства: на теплових електростанціях спалюється все більше хімічного палива, а сотні нових атомних електростанцій, як і сонячні, вітряні та геотермальні станції, що зароджуються, будуть у дедалі ширшому масштабі (і в зрештою, виключно) працювати для виробництва електричної енергії. Тому вчені шукають принципово нових енергетичних систем.

К.п.д. теплових електростанцій відносно низький, хоча конструктори докладають усіх сил, щоб його підвищити. У сучасних електростанціях на органічному паливі він становить близько 40%, а атомних електростанціях – 33%. При цьому велика частка енергії втрачається з теплом, що відходить (наприклад, разом з теплою водою, що скидається з систем охолодження), що призводить до так званого теплового забруднення навколишнього середовища. Звідси випливає, що теплові електростанції потрібно будувати в тих місцях, де є достатньою кількістю охолоджувальна вода, або ж у відкритих вітрах місцевостях, де повітряне охолодження не буде негативно впливати на мікроклімат. До цього додаються питання безпеки та гігієни. Ось чому майбутні великі АЕС мають розташовуватися якнайдалі від густонаселених районів. Але цим джерела електроенергії віддаляються від її споживачів, що значно ускладнює проблему електропередачі.

Передача електроенергії по проводах коштує дуже дорого: вона становить близько третини собівартості енергії споживача. Щоб знизити витрати, будують лінії електропередачі все більш високої напруги - воно скоро досягне 1500 кВ. Але повітряні високовольтні лінії вимагають відчуження великої земельної площі, причому вони вразливі для дуже сильних вітрів та інших метеорологічних чинників. А підземні кабельні лінії обходяться в 10 – 20 разів дорожче, і їх прокладають лише у виняткових випадках (наприклад, коли це спричинено міркуваннями архітектури чи надійності).

Найсерйознішу проблему становить накопичення та зберігання електроенергії, оскільки електростанції найбільш економічно працюють при постійній потужності та повному навантаженні. Тим часом попит на електроенергію змінюється протягом доби, тижня та року, тому потужність електростанцій доводиться до нього пристосовувати. Єдину можливість зберігати про запас великі кількості електроенергії в даний час дають гідроакумулюючі електростанції, але і вони у свою чергу пов'язані з безліччю проблем.

Всі ці проблеми, що стоять перед сучасною енергетикою, могло б – на думку багатьох фахівців – дозволити використання водню як паливо та створення так званого водневого енергетичного господарства.

Водень, найпростіший і найлегший з усіх хімічних елементів, можна вважати ідеальним паливом. Він є всюди, де є вода. При спалюванні водню утворюється вода, яку можна розкласти на водень і кисень, причому цей процес не викликає жодного забруднення навколишнього середовища. Водневе полум'я не виділяє в атмосферу продуктів, якими неминуче супроводжується горіння будь-яких інших видів палива: вуглекислого газу, окису вуглецю, сірчистого газу, вуглеводнів, золи, органічних перекисів н т. п. Водень має дуже високу теплотворну здатність: при спалюванні 1 г водню 120 Дж теплової енергії, а при спалюванні 1 г бензину – лише 47 Дж.

Водень можна транспортувати та розподіляти трубопроводами, як природний газ. Трубопровідний транспорт палива – найдешевший спосіб далекої передачі енергії. До того ж, трубопроводи прокладаються під землею, що не порушує ландшафту. Газопроводи займають менше земельних площ, ніж повітряні електричні лінії. Передача енергії у формі газоподібного водню трубопроводом діаметром 750 мм на відстань понад 80 км обійдеться дешевше, ніж передача тієї ж кількості енергії у формі змінного струму по підземному кабелю. На відстані більше 450 км трубопровідний транспорт водню дешевше, ніж використання повітряної лінії електропередачі постійного струму з напругою 40кВ, а на відстані понад 900 км – дешевше за повітряну лінію електропередачі змінного струму з напругою 500 кВ.

Водень – синтетичне паливо. Його можна отримувати з вугілля, нафти, газу або шляхом розкладання води. За оцінками, сьогодні у світі виробляють та споживають близько 20 млн. т водню на рік. Половина цієї кількості витрачається на виробництво аміаку та добрив, а решта – на видалення сірки з газоподібного палива, металургії, для гідрогенізації вугілля та інших палив. У сучасній економіці водень залишається скоріше хімічною, ніж енергетичною сировиною.

Сучасні та перспективні методи виробництва водню

Нині водень виробляють переважно (близько 80%) з нафти. Але це неекономічний для енергетики процес, тому що енергія, яка отримується з такого водню, обходиться в 3,5 рази дорожче, ніж енергія від спалювання бензину. До того ж, собівартість такого водню постійно зростає в міру підвищення цін на нафту.

Невелику кількість водню одержують шляхом електролізу. Виробництво водню шляхом електролізу води обходиться дорожче, ніж вироблення його з нафти, але воно буде розширюватися і з розвитком атомної енергетики стане дешевшим. Поблизу атомних електростанцій можна розмістити станції електролізу води, де вся енергія, вироблена електростанцією, піде розкладання води з утворенням водню. Щоправда, ціна електролітичного водню залишиться вищою за ціну електричного струму, зате витрати на транспортування та розподіл водню настільки малі, що остаточна ціна для споживача буде цілком прийнятною порівняно з ціною електроенергії.

Сьогодні дослідники інтенсивно працюють над здешевленням технологічних процесів великотоннажного виробництва водню за рахунок більш ефективного розкладання води, використовуючи високотемпературний електроліз водяної пари, застосовуючи каталізатори, напівнепроникні мембрани тощо.

Велику увагу приділяють термолітичному методу, який (у перспективі) полягає у розкладанні води на водень та кисень за температури 2500 °С. Але таку температурну межу інженери ще не освоїли у великих технологічних агрегатах, у тому числі і на атомній енергії (у високотемпературних реакторах поки що розраховують лише на температуру близько 1000°С). Тому дослідники прагнуть розробити процеси, які у кілька стадій, що дозволило б виробляти водень у температурних інтервалах нижче 1000°З.

У 1969 р. в італійському відділенні «Євратома» було пущено в експлуатацію установку для термолітичного одержання водню, що працює з к.п.д. 55% за температури 730°С. При цьому використовували бромистий кальцій, воду та ртуть. Вода в установці розкладається на водень і кисень, інші реагенти циркулюють у повторних циклах. Інші – сконструйовані установки працювали – за температур 700–800°С. Як вважають, високотемпературні реактори дозволять підняти к.п.д. таких процесів до 85%. Сьогодні ми не в змозі точно передбачити, скільки коштуватиме водень. Але якщо врахувати, що ціни всіх сучасних видів енергії виявляють тенденцію до зростання, можна припустити, що у довгостроковій перспективі енергія у формі водню обходитиметься дешевше, ніж у формі природного газу, а можливо, й у формі електричного струму.

Використання водню

Коли водень стане таким же доступним паливом, як сьогодні природний газ, він зможе його всюди замінити. Водень можна буде спалювати в кухонних плитах, водонагрівачах і опалювальних печах, забезпечених пальниками, які майже або зовсім не відрізнятимуться від сучасних пальників, що застосовуються для спалювання природного газу.

Як ми вже казали, при спалюванні водню не залишається жодних шкідливих продуктів згоряння. Тому відпадає потреба в системах відведення цих продуктів для опалювальних пристроїв, що працюють на водні. Більш того, водяна пара, що утворюється при горінні, можна вважати корисним продуктом - він зволожує повітря (як відомо, в сучасних квартирах з центральним опаленням повітря занадто сухе). А відсутність димоходів не тільки сприяє економії будівельних витрат, а й підвищує к. п. д. опалення на 30%.

Водень може служити і хімічною сировиною в багатьох галузях промисловості, наприклад при виробництві добрив та продуктів харчування, у металургії та нафтохімії. Його можна використовувати і для вироблення електроенергії на місцевих теплових електростанціях.

Висновок.

Незаперечна роль енергії у підтримці та подальшому розвитку цивілізації. У суспільстві важко знайти хоча б одну область людської діяльності, яка б вимагала – прямо чи опосередковано – більше енергії, ніж її можуть дати м'язи людини.

Споживання енергії – важливий показник рівня життя. У ті часи, коли людина добувала їжу, збираючи лісові плоди і полюючи тварин, йому потрібно було за добу близько 8 МДж енергії. Після оволодіння вогнем ця величина зросла до 16 МДж: у примітивному сільськогосподарському суспільстві вона становила 50 МДж, а більш розвиненому – 100 МДж.

За час існування нашої цивілізації багато разів відбувалася зміна традиційних джерел енергії на нові, досконаліші. І не тому, що старе джерело було вичерпане.

Сонце світило й обігрівало людину завжди: проте люди приручили вогонь, почали палити деревину. Потім деревина поступилася місцем кам'яного вугілля. Запаси деревини здавались безмежними, але парові машини вимагали калорійнішого "корму".

Але це був лише етап. Вугілля незабаром поступається своїм лідерством на енергетичному ринку нафти.

І ось новий виток у наші дні провідними видами палива поки що залишаються нафта та газ. Але за кожним новим кубометром газу чи тонної нафти треба йти все далі на північ чи схід, зариватися дедалі глибше у землю. Не дивно, що нафта і газ з кожним роком коштуватимуть нам дедалі дорожче.

Заміна? Потрібен новий лідер енергетики. Їм, безперечно, стануть ядерні джерела.

Запаси урану, якщо, скажімо, порівнювати їх із запасами вугілля, начебто не такі вже й великі. Зате на одиницю ваги він містить у собі енергії в мільйони разів більше, ніж вугілля.

А підсумок такий: при отриманні електроенергії на АЕС потрібно витратити, вважається, у сто тисяч разів менше коштів та праці, ніж при вилученні енергії з вугілля. І ядерне пальне приходить на зміну нафти та вугілля... Завжди було так: наступне джерело енергії було й потужнішим. То була, якщо можна так сказати, "войовнича" лінія енергетики.

У гонитві за надлишком енергії людина все глибше занурювався у стихійний світ природних явищ і до певної пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ та вчинків.

Але часи змінилися. Зараз, наприкінці ХХ століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика "щадна". Побудована так, щоб людина не рубала гілку, на якій вона сидить. Дбав про охорону сильно пошкодженої біосфери.

Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і екстенсивна лінія: розосереджені джерела енергії не надто великої потужності, зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в обігу.

Яскравий приклад тому - швидкий старт електрохімічної енергетики, яку пізніше, мабуть, доповнить сонячна енергетика. Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає всі найновіші ідей, винаходи, досягнення науки. Це і зрозуміло: енергетика пов'язана буквально з усім, і все тягнеться до енергетики, залежить від неї.

Тому енергохімія, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, запечатана в антиречовині, кварках, "чорних дірах", вакуумі, - це лише найяскравіші віхи, штрихи, окремі рисочки того сценарію, який пишеться на наших очах і який можна назвати Завтрашнім Днем Енергетики.

Лабіринти енергетики Таємничі переходи, вузькі, звивисті стежки. Повні загадок, перешкод, несподіваних осяянь, криків печалі та поразок, кліків радості та перемог. Тернистий, непростий, непрямий енергетичний шлях людства. Але ми віримо, що ми на шляху до Ери Енергетичного Достатку і що всі перепони, перепони та труднощі будуть подолані.

Розповідь про енергію може бути нескінченна, незліченні альтернативні форми її використання за умови, що ми повинні розробити для цього ефективні та економічні методи. Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якість і собівартість. Нам, мабуть. слід лише погодитися з тим, що сказав учений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим: "Немає простих рішень, є лише розумний вибір".

Список літератури

1. 1. Серпня Голдін. Океани енергії. - Пров. з англ. - М.: Знання, 1983. - 144 с.

2. 2. Баланчевадзе В. І., Барановський А. І. та ін; За ред. А. Ф. Дьякова. Енергетика сьогодні та завтра. - М.: Вища школа, 1990. - 344 с.

3. 3. Більш ніж достатньо. Оптимістичний погляд на майбутнє енергетики світу / За ред. Р. Кларка: Пров. з англ. - М.: Вища школа, 1984. - 215 с.

4. 4. Бурдаков В.П.. Електроенергія із космосу. - М.: Вища школа, 1991. - 152 с.

5. 5. Вершинський Н. В. Енергія океану. - М.: Наука, 1986. - 152 с.

6. 6. Гуревич Ю. Холодне горіння. //Квант. - 1990 р. - №6. - Ст. 9-15.

7. 7. Джерела енергії. Факти, проблеми, розв'язання. - М.: Наука та техніка, 1997. - 110 с.

8. 8. Кирилін В. А. Енергетика. Головні проблеми: У питаннях та відповідях. - М.: Знання, 1990. - 128 с.

9. 9. Кононов Ю. Д.. Енергетика та економіка. Проблеми початку нових джерел енергії. - М.: Наука, 1981. - 190 с.

10.10.Меркулов О. П. У пошуках енергії майбутнього. - К.: Наукова думка, 1991. - 123 с.

11.11.Світова енергетика: прогноз розвитку до 2020 / Пер. з англ. за ред. Ю. Н. Старшикова. - М.: Енергія, 1980. - 256 с.

12.12. Нетрадиційні джерела енергії. - М.: Знання, 1982. - 120 с.

13.13.Підгірний А. Н. Воднева енергетика. - М.: Наука, 1988. - 96 с.

14.14.Соснов А. Я. Енергія Землі. - Л.: Леніздат, 1986. - 104 с.

15.15.Шейдлін А. Є. Нова енергетика. - М.: Наука, 1987. - 463 с.

16.16.Шульга В. Г., Коробко Б. П., Жовмір М. М. Основні результати та завдання впровадження нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії в Україні.// Енергетика та електрифікація. - 1995 р. - №2. - Ст. 39-42.

17.17.Енергетика світу: Переклади доповідей XI конгресу МИРЕК / За ред. П. С. Непорожній. - М.: Вища школа, 1982. - 216 с.

18.18.Енергетичні ресурси світу / За ред. П.С.Непорожнього, В.І. Попкова. - М.: Вища школа, 1995. - 232 с.

19.19.Ю. Тельдеші, Ю. Лісни. Світ шукає енергії. - М.: Світ, 1981. - 440 с.

20.20.Юдасін Л. С.. Енергетика: проблеми та надії. - М.: Просвітництво, 1990. - 207с.

Люди використовують різні види енергії для всього, від власних рухів до відправлення космонавтів у космос.

Існує два типи енергії:

• здатність здійснити (потенційна)
• власне робота (кінетична)

Поставляється у різних формах:

• тепла (теплова)
• світло (промениста)
• рух (кінетична)
• електрична
• хімічна
• ядерна енергія
• гравітаційна

Наприклад їжа, яку людина їсть містить хімічну і тіло людини зберігає її доки вона чи вона витратить як кінетичну під час роботи чи життя.

Класифікація видів енергії

Люди використовують ресурси різних видів: електрику у своїх будинках, що видобувається шляхом спалювання вугілля, ядерної реакції або ГЕС на річці. Таким чином, вугілля, ядерна та гідро називаються джерелом. Коли люди заповнюють паливний бак бензином джерелом може бути нафту або навіть вирощування та переробка зерна.

Джерела енергії поділяються на дві групи:

• Відновлювані
• Невідновлювані

Відновлювані та невідновлювані джерела можна використовувати як первинні для отримання користі, такого як тепло або використовувати для виробництва вторинних енергетичних джерел, таких, як електрика.

Коли люди використовують електрику у своїх будинках, електроенергія, ймовірно, створюється спалюванням вугілля або природного газу, ядерної реакції або ГЕС на річці, або з декількох джерел. Люди використовують для палива своїх автомобілів сиру нафту (невідновлювану), але можуть і біопаливо (відновлювану) як етанол, що виробляється з переробленої кукурудзи.

Відновлювані

Є п'ять основних відновлюваних джерел енергії:

• Сонячна
• Геотермальне тепло всередині Землі
• Енергія вітру
• Біомаса з рослин
• Гідроенергетика із проточної води

Біомаса, що включає деревину, біопаливо та відходи біомаси, є найбільшим джерелом відновлюваної енергії, на яку припадає близько половини всіх відновлюваних та близько 5% від загального обсягу споживання.

Невідновлювані

Більшість ресурсів, споживаних нині з невідновлюваних джерел:

• Нафтопродукти
• Вуглеводневий скраплений газ
• Природний газ
• Вугілля
• Ядерна енергія

На невідновлювані види енергії припадає близько 90% всіх ресурсів.

Чи змінюється споживання палива з часом

Джерела споживаної енергії з часом змінюються, але зміни відбуваються повільно. Наприклад, вугілля колись широко використовувалося як паливо для опалення будинків та комерційних будівель, проте конкретне використання вугілля для цих цілей скоротилося за останні півстоліття.

Хоча частка поновлюваного палива від загального споживання первинної енергії ще відносно невелика, його використання зростає у всіх галузях. Крім того, використання природного газу в електроенергетиці зросло останніми роками через низькі ціни на природний газ, тоді як використання вугілля в цій системі скоротилося.

>> Джерела енергії

§ 6. Джерела енергії

Джерела енергії бувають відновлювані та невідновлювані. Докладніше і ті та інші ми розглянемо у третій частині підручника. Поки що познайомимося з ними загалом.

Відновлювані джерела енергії

Величезні кількості сонячної енергії постійно надходять Землю. Приблизно третина цієї енергії відображається атмосферою Землі, 0,02% використовується рослинами для фотосинтезу, а решта йде на підтримку дуже багатьох природних процесів: обігрів земної кори, океану та атмосфери, рух повітряних мас (вітер), хвиль, океанських течій, випаровування та кругообіг води.

Ця величезна енергія, що надходить на Землю, проте не веде до загального потепління, тому що після того, як вона пройшла через природні процеси, вона випромінюється назад у космічний простір. Протягом мільйонів років природа пристосувалася до цих величезних потоків енергії та досягла загальної теплової рівноваги.

Коли ми використовуємо відновлювані джерела енергії, ми це робимо двома шляхами. Можна використовувати сонячну енергію безпосередньо, наприклад, у сонячних батареях. Великі панелі сонячних батарей ви, напевно, бачили на наших населених космічних станціях. У сонячній батареї світлова енергія Сонця перетворюється на електричну енергію. У тих місцевостях, де в році багато сонячних днів, можна встановити сонячні батареї на даху та використовувати енергію Сонця з побутовою метою. Є навіть проекти автомобілів, що рухаються за рахунок енергії, що виробляється у сонячній батареї, встановленій на даху такого автомобіля.

Рис. 1.1. Енергетичний баланс Землі без втручання людини

Другий шлях – використовувати енергію того чи іншого природного процесу. Таким шляхом ми йдемо, використовуючи енергію води в гідроелектростанціях, енергію морських припливів у приливних електростанціях, енергію вітру у вітрових електростанціях.

Рис. 1.2. Енергетичний баланс Землі при використанні відновлюваних джерел енергії

При використанні відновлюваних джерел енергії збільшення енергоспоживання на Землі не порушує загальну теплову рівновагу і не призводить до загального потепління. Ми не змінюємо кількість енергії, що надходить на Землю і йде з Землі (рис. 1.1, 1.2). Звідси перша перевага таких джерел енергії - вони не завдають шкоди природі.

Відновлювані джерела енергії постійно поповнюють свою енергію від Сонця, і їх вистачить на мільйони, якщо не на мільярди років – доти, доки існує Сонце. Це їхня друга перевага.

Невідновлювані джерела енергії

Безліч різних природних сполук, що містять великі запаси енергії, перебувають у надрах Землі. Найважливіші з них - нафта, вугілля, природний газ, торф та уран.

Рис. 1.3. Енергетичний баланс невідновлюваних джерел енергії без втручання людини

Спочатку енергія, запасена у цих джерелах, також переважно виходила від Сонця. Тим не менш, це невідновлювані джерела. Невідновлювані тому, що тільки мізерна кількість сонячної енергії щороку перетворюється на енергію невідновлюваних джерел, і потрібні мільйони років, щоб ці мізерні кількості зросли до великих покладів вугілля, нафти, газу чи урану. Енергія невідновлюваних джерел зберігається лише Землі. Поки людство не почало використовувати невідновлювані джерела, кількість запасеної в них енергії залишалася незмінною (рис. 1.3).

Але щойно люди почали використовувати невідновлювані джерела, кількість запасеної у них енергії стало незворотно зменшуватися (рис. 1.4). Швидкість, з якою ми витрачаємо джерела енергії, що не відновлюються, у багато разів перевищує швидкість їх утворення. Тому рано чи пізно їх буде вичерпано. Це їхня перша вада.

Рис. 1.4. Енергетичний баланс невідновлюваних джерел енергії під час використання їх людиною

Треба прагнути витрачати якнайменше енергію невідновлюваних джерел і якнайбільше - відновлюваних. Якщо ми використовуємо дрова для опалення і замість зрубаних дерев саджаємо і вирощуємо нові - це, без сумніву, джерело енергії, що відновлюється.

Другий великий недолік таких джерел енергії - вони завдають величезної шкоди природі. Негативні наслідки використання невідновлюваних енергоджерел ми докладно розглянемо у третій частині цієї книги. Чому ж людство продовжує використовувати невідновлювані енергоджерела, незважаючи на їхні недоліки? На це є кілька причин: економічні (бажання отримати миттєвий прибуток), психологічні (небажання змінювати звичний спосіб життя) і навіть політичні (енергія – це влада). Докладніше ми обговоримо це у наступній частині.

Насамкінець наведемо таблицю, яка схематично показує, які переваги та недоліки у наших найпростіших і найпоширеніших енергоджерел, і які наслідки для навколишнього середовища тягне за собою їх використання. Як бачите, немає жодного ідеального енергоджерела. Тим не менш, існує велика різниця між енергоджерелами з точки зору небезпеки для довкілля.

Подумайте та дайте відповідь

1. Що означає вираз «відновлюване джерело енергії»?
2. Що означає вираз «невідновлюване джерело енергії»? Чи можна розуміти цей вираз буквально?
3. Чому використання невідновлюваних джерел енергії веде до загального потепління, а використання відновлюваних – ні?
4. Які джерела енергії – відновлювані чи невідновлювані – людство використовує в основному зараз для виробництва енергії?

4-9 класи. Навчальний посібник для середньої школи. СПб. 2008. – 88 стор., Ілл. І. Лорентзен.

Екологія для 7 класу, підручники та книги з екології завантажити , бібліотека онлайн

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Вдосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Коли стає в кімнаті темно, ти вмикаєш світло. Коли тобі холодно, ти вмикаєш обігрівач. На це все витрачається енергія. А звідки ж береться енергія, яка така необхідна кожному з нас?

Для отримання електроенергії, що у твоїй розетці, спалюється вугілля, нафта та природний газ. Але можна отримати енергію та іншим шляхом, наприклад від Сонця, вітру, води, біомаси та гарячих джерел.

1. Розглянь малюнки. Там зображено два шляхи отримання енергії. Який із них завдає шкоди навколишньому середовищу, а який – ні? Запиши свої відповіді під малюнком та обґрунтуй їх.

2. Чи знаєш ти, які ще бувають можливості отримання електроенергії? Розкажи про них.

Запаси вугілля, нафти та природного газу найближчим часом можуть вичерпатися. Така сама проблема з ураном, на якому працюють атомні електростанції. Ці джерела енергії і називаються не відновлюваними, тому що можуть закінчитися.

Відновлюваної енергії потрібні непочаті джерела, такі як Сонце, вітер, вода, біомаса та тепло Землі. Як довго існуватиме Земля, стільки ще часу світитиме Сонце, дутиме вітер і тектиме вода?

ЗАДАЧА:

1. Яке із цих тверджень правильне? Підкресли.

- Більшість електроенергії ми отримуємо з не відновлюваних ресурсів;

- Не відновлені ресурси є невичерпним джерелом електроенергії.

2. Обговори з друзями, яку користь чи шкоду завдає людині використання

Вугілля, нафти та природного газу.

ЧИ ЗНАЄШ ТИ

Під час горіння вугілля, нафти та природного газу утворюється багато вуглекислого газу. Він зігріває земну атмосферу, створює парниковий ефект та сприяє кліматичним змінам.

СОНЯЧНА ЕНЕРГІЯ

Сонце – найбільше джерело енергії на Землі. За допомогою сонячної батареї можна перетворити сонячну енергію на електричну. Для цього використовується різне обладнання: від маленьких сонячних батарей, які у твоєму калькуляторі, до величезних сонячних панелей, які можуть зайняти весь дах будинку. Сонячну енергію можна отримати скрізь. Це джерело енергії не супроводжується викидами шкідливих газів і є екологічно чистим. І хоч перетворення сонячної енергії на електричну досить дороге, але за цим — майбутнє

ЧИ ЗНАЄШ ТИ

Німецькі вчені підрахували, що 16 000 кв. км сонячних теплових електростанцій у Північній Африці, з'єднані з Європою високовольтними лініями електропередач, можуть виробляти достатньо електрики для забезпечення всієї Європи. А будівництво сонячних електростанцій на 1% площі всіх пустель (територія дорівнює площі Австрії) може задовольнити загальносвітові потреби в енергії.

Спеціальним місцем, де виробляють велику кількість електричного струму з енергії Сонця, є сонячні електростанції. За допомогою дзеркала сюди фокусується сонячне проміння, яке нагріває в спеціальному котлі рідину до 400°С. Рідина в спеціальних теплообмінниках перетворюються на пару, а пара у свою чергу обертає турбіну, пов'язану з генератором, який і виробляє електричний струм.

1. Прочитай текст та запиши, яку користь приносить людині використання сонячної енергії. Подумай, яку шкоду це завдає, І запиши в стовпі поряд.

2. Під яким кутом повинні стояти сонячні батареї, аби отримати оптимальну кількість сонячного світла?

ДОСВІД №1.

Руки можна зігріти не лише за допомогою рукавичок, а й на сонці. Як зробити так, щоб тепло було сильнішим? ПРОВЕДЕМО ДОСВІД. ЩО НАМ ПОТРІБНО:

Картон, фольга, клей, ножиці, циркуль, лінійка та олівець.

ЩО ПОТРІБНО РОБИТИ:

1. На папері за допомогою циркуля намалюй коло діаметром 12 см. Наклей коло на алюмінієву фольгу.

2. Склади коло вдвічі і зроби центром такий отвір, щоб можна було вставити вказівний палець.

3. Розріж коло до половини, склади одну сторону поверх іншої та склей їх між собою. Сторона з фольгою має бути всередині.

4. Тепер одягни коло на вказівний палець і потримай його на Сонці.

БУДЬОБЕРЕЖНИМ! МОЖНА ЗАПАЛИТИСЯ!

Сила вітру

Людина вже давно приручила вітер. За допомогою гарного вітру морські судна діставались наміченої точки на земній кулі. Енергію вітру використовували у вітряках для переробки лісу, як млиновий механізм, як помпу для перекачування води та нафти. Тепер уже настав час вітроелектростанцій. З вітрової енергії виробляють електричний струм. При цьому не утворюється вуглекислий газ, ні інші шкідливі речовини. Сила вітру – екологічно чисте джерело енергії.

Є люди, які виступають проти вітрових електростанцій. Товариства захисту тварин стурбовані тим, що величезні крила вітряків можуть зашкодити птахам. Населення, яке проживає поряд з вітровими електростанціями, скаржиться на яскраве світло і на шум, що створює вітрове колесо. Фахівці вважають, що користь від енергії вітру перевищує її шкоду.

Електрична енергія із соломи та сміття? Звучить смішно, але це так! У великому, герметично закритому резервуарі, який називається біореактором, перемішуються відходи тварин та залишки рослинної біомаси. Бактерії починають цю суміш розкладати. У цьому виникає біогаз. Його можна спалити та отримати електрострум або енергію для автомобільного біодизеля. Решту з біореактора використовують як добриво для полів. Перевага біологічного палива порівняно з іншими видами - те, що воно повністю розкладається мікроорганізмами і тому не є шкідливим для навколишнього середовища.

Одним із джерел біомаси є ліси. Під час переробки 3-4 мл тонн деревини утворюються відходи, енергетичний еквівалент яких становить 1,1-1,2 мл тонн нафти.

Цей досвід показує, як бактерії розщеплюють біомасу у пляшці і утворюється газ.

200 г подрібненого сміття з кухні (наприклад, картопляне лушпиння, залишки овочів, листя салату тощо);

5 столових ложок землі та трохи теплої води;

Чайна ложка цукру;

Пластикова пляшка і повітряна кулька.

1. Помістіть у пляшку подрібнене сміття та землю. Все це добре перемішайте.

2. Додайте стільки теплої води, щоб пляшка була заповнена до половини, потім додайте цукор.

3. Одягніть на пляшку повітряну кульку, щоб повітря не виходило з посудини.

4. Поставте пляшку в тепле темне місце та зачекайте три дні. Кулька має надутися.

Якщо цього не станеться, залиште її ще на два дні! Поясніть, що відбувається?

Також біогаз можна отримати з дерев та їх відходів.

сірники; металевий наперсток;

Алюмінієва фольга; кольоровий провід; щипці, голка, свічка.

1. 2-3 сірники помістіть у наперсток (сірники мають бути без сірки). Щільно накрийте наперсток фольгою та закріпіть дротом. ‘

2. Потримайте наперсток над свічкою 1-2 хв.

3. Поставте наперсток на поверхню (будьте уважні він гарячий), за допомогою голки зробіть маленький отвір у фользі.

У нас під ногами є сильне джерело тепла, яке ми на поверхні Землі не відчуваємо. Але якщо бурити Землю вглиб, то температура підвищуватиметься. Це тепло знаходиться у надрах ще з часів виникнення планети. Виверження вулканів наочно свідчить про велику температуру всередині Землі. Вчені оцінюють температуру земного ядра тисячу градусів Цельсія. Вона поступово знижується від гарячого внутрішнього ядра до Землі.

«Країна льодовиків», так називають Ісландії, ефективно використовує гідротермальну енергію своїх надр. Тут відоме понад 700 термальних джерел, які виходять на земну поверхню. Близько 60% населення користується геотермальними водами для обігріву будинків.

Вода має велику силу. Чим швидше тече вода, тим більше її сила і тим більше енергії з цього може отримати людина.

Гідроенергетичне обладнання в основному встановлюють на великих рівнинних річках, але іноді і на маленьких гірських. Збудовані греблі затримують водні потоки. Вода піднімається та утворюється водосховище. З нього вода витікає через труби до турбін, а ті своєю чергою пов'язані з генератором, який виробляє струм.

Гідроелектростанція - загальновизнаний зразок отримання енергії, який не

Забруднює повітря. Але шкідливий вплив на екосистему все ж таки існує. Це поля

Гай. Для роботи гідроелектростанцій потрібне затоплення значних

Площ родючих ґрунтів. Дуже страждає від ГЕС риба. Вона не може проходити

Крізь греблі до місць своїх звичайних нерестовищ. Багато риби та планктонів гине

у лопатах турбін.

Через будівництво каскаду водосховищ на Дніпрі затоплено та знищено понад 6 тисяч населених пунктів, переселено понад 3 млн. осіб.

Має як позитивні, так і негативні сторони

1. Використання гідроенергії Заповни таблицю.

2. Намалюй плакат, який розповість, як людина використала енергію води 100 років.

Ні для кого не секрет, що ресурси, що використовуються сьогодні людством, кінцеві, більш того, їх подальший видобуток і використання може призвести не тільки до енергетичної, а й до екологічної катастрофи. Традиційно використовувані людством ресурси — вугілля, газ і нафта — закінчаться вже через кілька десятиліть, і заходи слід вживати вже зараз, у наш час. Звичайно, можна сподіватися, що ми знову знайдемо якесь багате родовище, так само як було в першій половині минулого століття, проте вчені впевнені, що таких великих покладів уже немає. Але в будь-якому випадку навіть відкриття нових родовищ тільки відстрочить неминуче, необхідно знайти способи виробництва альтернативної енергії, і переходити на відновлювані ресурси, такі як вітер, сонце, геотермальна енергія, енергія водних потоків та інші, а водночас потрібно продовжувати розробку енергозберігаючих технологій.

У цій статті ми розглянемо кілька найперспективніших, з погляду сучасних учених, ідей, на яких будуватиметься енергетика майбутнього.

Сонячні станції

Люди здавна замислювалися над тим, чи можливо під сонячним промінням нагрівали воду, сушили одяг і глиняний посуд перед його відправкою в піч, проте ці способи не можна назвати ефективними. Перші технічні засоби, що перетворюють сонячну енергію, з'явилися ще у 18 столітті. Французький вчений Ж. Бюффон показав досвід, у якому йому вдалося за допомогою великого увігнутого дзеркала у ясну погоду спалахнути сухе дерево з відстані близько 70 метрів. Його співвітчизник, відомий учений А. Лавуазьє, застосовував лінзи, щоб концентрувати енергію сонця, а в Англії створили двоопукло скло, яке, фокусуючи сонячні промені, розплавляло чавун всього за кілька хвилин.

Натуралісти проводили безліч дослідів, які доводили, що сонця на землі можливо. Однак сонячна батарея, яка перетворювала б сонячну енергію на механічну, з'явилася порівняно недавно, 1953 року. Її створили вчені з Національної аерокосмічної агенції США. Вже 1959 року сонячну батарею вперше застосували для оснащення космічного супутника.

Можливо вже тоді, усвідомивши, що в космосі такі батареї набагато ефективніші, вченим прийшла ідея про створення космічних сонячних станцій, адже за годину сонце вироблятиме стільки енергії, скільки все людство не споживає і за рік, то чому ж не використовувати це? Якою буде сонячна енергетика майбутнього?

З одного боку здається, що використання сонячної енергії є ідеальним варіантом. Однак собівартість величезної космічної сонячної станції дуже висока, та й до того ж вона буде дорогою в експлуатації. З часом, коли будуть введені нові технології з доставки вантажів у космос, а також нові матеріали, реалізація подібного проекту стане можливою, але ми можемо користуватися лише відносно невеликими батареями на поверхні планети. Багато хто скаже, що це теж непогано. Так, можливо в умовах приватного будинку, але для енергозабезпечення великих міст, відповідно, потрібна або безліч сонячних батарей, або технологія, яка зробить їх ефективнішою.

Економічна сторона питання тут також присутня: будь-який бюджет дуже постраждає, якщо на нього буде покладено завдання перевести ціле місто (або всю країну) на сонячні батареї. Здавалося б, можна зобов'язати жителів міст виплачувати деякі суми на переоснащення, але в такому разі вони будуть незадоволені, адже якби люди готові були б піти на такі витрати, вони вже давно зробили б це самі: можливість купити сонячну батарею є у кожного.

Щодо сонячної енергії є ще один парадокс: витрати на виробництво. Переведення енергії сонця в електрику безпосередньо — не найефективніша річ. Досі ще не знайдено способу краще, ніж використовувати сонячні промені для нагрівання води, яка, перетворюючись на пару, обертає динамо-машину. У такому разі енерговтрата мінімальна. Людство хоче використовувати "екологічні" сонячні панелі та сонячні станції, щоб зберегти ресурси на землі, проте для подібного проекту знадобиться величезна кількість тих самих ресурсів, та "неекологічної" енергії. Наприклад, у Франції нещодавно було збудовано сонячну електростанцію, площею близько двох квадратних кілометрів. Вартість будівництва склала близько 110 мільйонів євро, за винятком витрат на експлуатацію. При цьому слід враховувати, що термін служби подібних механізмів становить близько 25 років.

Вітер

Енергія вітру - також використовувалася людьми ще з давнини, найпростішим прикладом можна назвати ходіння під вітрилом і вітряки. Вітряки використовуються і зараз, особливо вони ефективні в областях із постійними вітрами, наприклад, на узбережжі. Вчені постійно висувають ідеї, як модернізувати вже наявні пристосування для перетворення вітряної енергії, одна з них - вітряки у вигляді парячих турбін. За рахунок постійного обертання вони могли б "висіти" у повітрі на відстані кількох сотень метрів від землі, де вітер сильний та постійний. Це допомогло б в електрифікації сільської місцевості, де неможливе використання стандартних вітряків. До того ж такі ширяючі турбіни могли б бути оснащені інтернет-модулями, за допомогою яких здійснювалося забезпечення людей доступом у світову павутину.

Припливи та хвилі

Бум на сонячну та вітряну енергетику поступово минає, і інтерес дослідників привернула інша природна енергія. Більш перспективною вважається використання припливів та відливів. Вже зараз цим питанням займається близько ста компаній у всьому світі, існує й кілька проектів, що довели ефективність цього способу видобутку електрики. Перевага перед сонячною енергетикою в тому, що втрати при переведенні однієї енергії в іншу мінімальні: приливна хвиля обертає величезну турбіну, яка виробляє електрику.

Проект "Устриця" - це ідея встановити на дні океану шарнірний клапан, який подаватиме воду на берег, тим самим обертаючи просту гідроелектричну турбіну. Загалом одна така установка могла б забезпечити електрикою невеликий мікрорайон.

Вже зараз у Австралії успішно застосовують приливні хвилі: у місті Перті встановлені опріснювачі, які працюють у цьому типі енергії. Їхня робота дозволяє забезпечити прісною водою близько півмільйона людей. Природна енергетика та промисловість також можуть поєднуватись у цій галузі виробництва енергії.

Використання дещо відрізняється від технологій, які ми звикли бачити у річкових гідроелектростанціях. Часто ГЕС завдають шкоди навколишньому середовищу: затоплюються прилеглі території, руйнується екосистема, тоді як станції, що працюють на приливних хвилях, у цьому плані набагато безпечніше.

Енергія людини

Одним із найфантастичніших проектів у нашому списку можна назвати використання енергії живих людей. Звучить приголомшливо і навіть трохи жахливо, але не так страшно. Вчені плекають думку про те, як використовувати механічну енергію руху. У цих проектах йдеться про мікроелектроніку та нанотехнології з низьким енергоспоживанням. Поки що звучить як утопія, реальних розробок немає, але ідея дуже цікава і не залишає уми вчених. Погодьтеся, дуже зручні будуть пристрої, які подібно годинникам з автоматичним підзаводом, заряджатимуться від того, що по сенсору проводять пальцем, або від того, що планшет або телефон просто бовтається в сумці при ходьбі. Не кажучи вже про одяг, який, наповнений різними мікропристроями, міг би перетворювати на електрику енергію руху людини.

У Берклі, в лабораторії Лоуренса, наприклад, вчені спробували втілити у життя ідею про те, щоб використовувати віруси для тиску на електрику. Невеликі механізми, що працюють від руху, також є, однак поки що на потік подібна технологія не поставлена. Так, із глобальною енергетичною кризою подібним чином не впоратися: скільком людям доведеться "крутити педалі", щоб змусити працювати цілий завод? Але як один із заходів, що застосовуються в комплексі, теорія цілком життєздатна.

Особливо подібні технології будуть ефективні у важкодоступних місцях, на полярних станціях, у горах та тайзі, серед мандрівників та туристів, які не завжди мають змогу зарядити свій гаджет, а ось залишатися на зв'язку важливо, особливо якщо група потрапила в критичну ситуацію. Як багато всього можна було б запобігти, якби люди завжди мали надійний пристрій зв'язку, що не залежить "від розетки".

Паливні осередки водню

Мабуть, у кожного власника авто, що дивиться на індикатор кількості бензину, що наближається до нуля, виникала думка про те, наскільки добре було б, якби машина працювала на воді. Але зараз її атоми потрапили до зору вчених як справжні об'єкти енергетики. Справа в тому, що в частках водню - найпоширенішого газу у всесвіті - міститься величезна кількість енергії. Більше того, двигун спалює цей газ практично без побічних продуктів, тобто ми отримуємо дуже екологічне паливо.

Воднем заправляють деякі модулі МКС та шатли, але на Землі він існує в основному у вигляді сполук, таких як вода. У вісімдесятих роках у Росії були розробки літаків, що використовують як паливо водень, ці технології навіть застосовували на практиці, і експериментальні моделі довели свою ефективність. Коли водень відокремлюється, він переміщається в спеціальне паливне осередок, після чого можлива генерація електрики безпосередньо. Це не енергетика майбутнього, це реальність. Подібні автомобілі вже виробляються й чималими партіями. Компанія Honda, щоб підкреслити універсальність джерела енергії та авто в цілому, провела експеримент, в результаті якого машина була підключена до електричної домашньої мережі, проте не для того, щоб отримати підзарядку. Автомобіль може забезпечувати енергією приватний будинок протягом кількох днів або проїхати без дозаправки майже п'ятсот кілометрів.

Єдиний недолік подібного джерела енергії на даний момент - це відносно висока вартість таких екологічних машин, і, звичайно, досить невелика кількість водневих заправок, однак у багатьох країнах планується їх будівництво. Наприклад, у Німеччині вже стоїть план встановлення ста заправних станцій до 2017 року.

Тепло землі

Перетворення теплової енергії на електрику — це є сутність геотермальної енергетики. У деяких країнах, де утруднено використання інших галузей, використовується досить широко. Наприклад, на Філіпінах 27 % усієї електрики припадає саме на геотермальні станції, а в Ісландії цей показник становить близько 30 %. Сутність цього способу видобутку енергії досить проста, механізм схожий із простою паровою машиною. До передбачуваного "озера" магми необхідно пробурити свердловину, якою подається вода. При контакті з розпеченою магмою вода миттєво перетворюється на пару. Він піднімається, де крутить механічну турбіну, цим виробляючи електрику.

Майбутнє геотермальної енергетики полягає в тому, щоб знайти великі "сховища" магми. Наприклад, у вищезгаданій Ісландії це вдалося: розжарена магма за частку секунди перетворила всю закачану воду на пару температурою близько 450 градусів за Цельсієм, що є абсолютним рекордом. Подібна пара високого тиску здатна підвищити ефективність геотермальної станції в кілька разів, це може стати поштовхом до розвитку геотермальної енергетики у всьому світі, особливо в областях, насичених вулканами та термальними джерелами.

Використання ядерних відходів

Атомна енергетика свого часу справила справжній фурор. Так було доти, доки люди не усвідомили всієї небезпеки цієї галузі енергетики. Аварії можливі, від таких випадків ніхто не застрахований, але вони дуже рідкісні, а от радіоактивні відходи з'являються стабільно і донедавна вчені не могли вирішити цю проблему. Справа в тому, що стрижні урану - традиційне "паливо" АЕС, може бути використане лише на 5%. Після вироблення цієї невеликої частини весь стрижень відправляється на "звалище".

Раніше застосовувалася технологія, за якої стрижні занурювалися у воду, яка уповільнює нейтрони, підтримуючи стійку реакцію. Нині замість води стали використовувати рідкий натрій. Ця заміна дозволяє не лише використати весь обсяг урану, а й переробити десятки тисяч тонн радіоактивних відходів.

Позбавити планету відходів атомної енергетики важливо, але в самій технології є одне "але". Уран належить до ресурсів, та її запаси Землі кінцеві. Якщо всю планету перевести виключно на енергію, що отримується від АЕС (наприклад, у США АЕС виробляють лише 20% всього споживаного електрики), запаси урану будуть виснажені досить швидко, і це знову приведе людство на поріг енергетичної кризи, так що атомна енергетика , Нехай і модернізований, тільки тимчасовий захід.

Рослинне паливо

Ще Генрі Форд, створивши свою "Модель Т", розраховував, що вона вже працюватиме на біопаливі. Проте на той час було відкрито нові нафтові родовища, і потреба в альтернативних джерелах енергії відпала ще кілька десятків років, але тепер знову повертається.

За останні п'ятнадцять років використання рослинних видів палива, таких як етанол та біодизель, зросло у кілька разів. Їх використовують як самостійні джерела енергії, так і як добавки до бензину. Якийсь час тому надії покладалися на особливу просяну культуру, що отримала назву "канолу". Вона абсолютно непридатна в їжу ні для людей, ні для худоби, проте має високі показники олійності. З цієї олії і стали виробляти "біодизель". Але ця культура займе дуже багато місця, якщо спробувати виростити її стільки, щоб забезпечити паливом хоча б частину планети.

Наразі вчені заговорили про використання водоростей. Їх олійність близько 50%, що дозволить так само легко витягувати масло, а відходи можна перетворювати на добрива, на основі яких вирощуватиметься нові водорості. Ідея вважається цікавою, але свою життєздатність поки що не довела: публікація про успішні експерименти у цій галузі поки що не опублікована.

Термоядерний синтез

Майбутня енергетика світу, на думку сучасних учених, неможлива без технологій Це, на даний момент, найперспективніша розробка, в яку вже вкладають мільярди доларів.

В використовується енергія розподілу. Вона небезпечна тим, що є загроза виникнення некерованої реакції, яка знищить реактор і призведе до викиду величезної кількості радіоактивних речовин: мабуть, усі пам'ятають аварію на Чорнобильській АЕС.

У реакціях термоядерного синтезу, що випливає з назви, використовується енергія, що виділяється при злитті атомів. В результаті, на відміну від атомного поділу, не утворюється жодних радіоактивних відходів.

Головною проблемою є те, що в результаті термоядерного синтезу утворюється речовина, що має настільки високу температуру, що може знищити весь реактор.

Майбутнього – реальність. І фантазії тут недоречні, зараз на території Франції вже почалося будівництво реактора. Кілька мільярдів доларів вкладено в експериментальний проект, який профінансовано багатьма країнами, серед яких, крім ЄС, входять Китай і Японія, США, Росія та інші. Спочатку перші експерименти планувалося запустити вже в 2016 році, проте розрахунки показали, що бюджет дуже малий (замість 5 мільярдів знадобилося 19), і запуск перенесли ще на 9 років. Можливо, за кілька років ми побачимо, на що здатна термоядерна енергетика.

Проблеми сьогодення та можливості майбутнього

Не лише вчені, а й письменники-фантасти, дають безліч ідей для втілення технології майбутнього в енергетиці, проте всі сходяться на тому, що поки що жоден із запропонованих варіантів не може зробити повне забезпечення всіх потреб нашої цивілізації. Наприклад, якщо всі автомобілі в США їздитимуть на біопаливі, полями каноли доведеться засадити територію, рівну половині всієї країни, без урахування того, що земель, придатних для землеробства в Штатах, не так вже й багато. Більше того, поки всі способи виробництва альтернативної енергії - дороги. Мабуть, кожен із простих міських жителів згоден, що важливо використовувати екологічно чисті, відновлювані ресурси, проте не у випадку, коли їм озвучують вартість такого переходу на даний момент. Вченим належить ще багато працювати у цій сфері. Нові відкриття, нові матеріали, нові ідеї - все це допоможе людству успішно впоратися з ресурсною кризою, що назріває. Вирішити планети можна лише комплексними заходами. У деяких областях зручніше застосовувати видобуток енергії за допомогою вітру, десь - сонячні батареї тощо. Але, можливо, головним чинником стане зниження енергоспоживання загалом та створення енергозберігаючих технологій. Кожна людина повинна розуміти, що відповідає за планету, і кожна має поставити собі питання: "Яку енергетику я вибираю для майбутнього?" Перш ніж перейти на інші ресурси, кожен має усвідомити, що це справді необхідно. Тільки за комплексного підходу вдасться вирішити проблему енергоспоживання.