1.3 Возобновляемые источники энергии
Геотермальные источники энергии. Поток теплоты из недр Земли, источником которой являются радиоактивные процессы внутри Земли, постоянен, но его плотность очень мала. Так с углублением на каждые 33 м температура повышается на 1ºC. При глубине современного бурения скважин 10 км и более можно получить перепад температур в 300ºCи использовать его для превращения в электрическую энергию. Однако потери теплоты в трубопроводах подачи рабочего тела будут так велики, что получение полезной энергии от этого источника вряд ли окажется рентабельным.
В перспективе, наверное, будет легче использовать разность температур между нагретым воздухом и холодными слоями воды (в тропических морях) или между холодным воздухом и относительно теплыми слоями воды (в арктических морях). Здесь расстояние между источниками теплоты небольшое и даже при малом перепаде температур (30…40ºC) получается относительно рентабельная установка по генерации полезной энергии.
Более выгодной является использование теплоты горячих вод и газов, выбрасываемые из Земли через естественные каналы или специально пробуренные скважины. В настоящее время в России на Камчатке проектируются и создаются геотермальные электростанции (ГеоЭС) на базе Мунтовского геотермального месторождения общей мощностью 330 МВт. Доля энергии, вырабатываемой в России ГеоЭС, может стать весьма ощутимой — до 8% от общей выработки энергии на тепловых и атомных стациях. Геотермальная энергетика — это экологически чистые технологии выработки электричества и теплоты.
Солнечная энергия.Солнце обладает огромными запасами энергии. На поверхность приходит в течение года 7,5∙1017кВт∙ч. Энергия падающего перпендикулярно на верхний слой атмосферы солнечного излучения составляет примерно 1,35 кВт/м2. Из-за отражения и поглощения излучения в атмосфере в средних широтах Земли поверхности достигает не более 10% этой энергии. Но даже при плотности населения 200 чел/км2энергия солнечного излучения составляет 700 кВт∙ч на одного человека.
Важнейшее достоинство солнечного излучения — безвредность для окружающей среды процесса превращения его энергии в полезные виды. Удобно также, что солнечная энергия не нуждается в средствах ее доставки. Однако в связи с малой плотностью потока энергии излучения и его неравномерностью необходимо решать и две трудные задачи: концентрацию солнечной энергии и ее накопление.
Энергия ветра.Ветер — один из первых источников энергии, освоенных человеком. Запасы ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии рек, однако с помощью ветра вырабатывается всего 1∙107МВт∙ч электроэнергии, что составляет примерно 0,2% мировых потребностей. Наиболее широко энергия ветра используется в Германии (суммарная мощность ветроэлектрических станций на 200 год 5432 МВт), США (2495 МВт), Испании (2099 МВт), Дании (2016 МВт). В Росси эта мощность на 2000 год составляла всего 5 МВт.
При современных аэродинамически совершенных винтах и преобразователях 2,6 км2фронта ветра могут дать мощность 150 МВт при любой скорости ветра, превышающей 6 м/с.
Неустойчивость ветра приводит к необходимости применения средств аккумулирования электроэнергии. Это удорожает установку, и в целом стоимость
получаемой энергии оказывается больше, чем на гидроэлектростанциях и на многих тепловых электростанциях.
Гидроэнергетические ресурсына Земле оцениваются в 33 000 ТВт∙ч, но по техническим и экономическим соображениям из всех запасов доступны от 4 до 25%. Общий гидропотенциал рек России исчисляется в 4 млрд. МВт∙ч (450 ГВт среднегодовой установленной мощности), что составляет приблизительно 10…12% от мирового. Первоисточником гидроэнергии является солнечная энергия, обеспечивающая круговорот воды в природе.
Свойство возобновляемости гидроэнергии является важным преимуществом ГЭС. К их преимуществам также относятся:
— небольшая стоимость эксплуатации и отсюда низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;
— большая надежность работы, объясняемая отсутствием высоких температур и давлений в гидротурбинах и относительно небольшими скоростями их вращения;
— высокая маневренность, определяемая небольшим временем, требующимся для включения в работу и набора нагрузки (всего несколько минут).
Работа ГЭС в отличие от ТЭС не ухудшает состояние воздушной среды и качества воды в водоемах. Недостатками ГЭС являются их более высокая стоимость и большой срок строительства.
Значительный интерес представляет энергия приливов и отливов. Наибольшей высоты приливы достигают в некоторых заливах и окраинных морях Атлантического океана — 14…18 м. В Тихом океане у побережья России максимальные приливы бывают в Пенжинской губе Охотского моря — 12,9 м.
Течения и волны перемещают гигантские объемы воды и имеют соответствующий энергетический потенциал, однако в настоящее время пути использования этого вида энергии не разработаны.