Реальные перспективы альтернативной энергетики . НАУКА И ИННОВАЦИИ, научно-практический журнал

05.07.2015

При цьому нафта і газ ростуть в ціні по мірі вичерпання доступних родовищ. Вугілля (поклади якого досить великі), як енергоносій, не відповідає сучасним екологічним вимогам. Активно розробляються «чисті» способи його використання (до 2020 р. технологи обіцяють створити вугільну ТЕС з майже нульовим викидом СО2), однак це знову веде до подорожчання одержуваної енергії.

Певну частку світового електрики виробляють гідроелектростанції. Цей ресурс, мабуть, втримає свої позиції — навіть незважаючи на те, що з екологічної точки зору він далеко не бездоганний (запруживание річок греблями ГЕС серйозно порушує екосистему). У першу чергу це стосується країн з переважанням рівнинного ландшафту, до яких можна віднести і Білорусь (перепад висот між Дзержинським пагорбом під Мінськом і долиною Німану становить менше 250 м).

Інші поновлювані джерела — сонце, вітер, біомаса — дають поки менше 5% світової енергії (хоча в Західній Європі та ряді держав Східної Азії цей показник наближається до 10%). Основна причина слабкого зростання цієї частки криється в тому, що по мірі збільшення вартості звичайних енергоносіїв піднімається і ціна виготовлення альтернативних пристроїв.

Не так давно відомими ученими, у тому числі нобелівським лауреатом Жоресом Алферовим, була висловлена цікава ідея введення нової валюти, яка не буде схильна до інфляції, — энергорубля. Він повинен бути пов’язаний з деякою кількістю енергії. Якщо ми застосуємо такий «рублевий баланс» до АЭВИ (альтернативної енергетики на поновлюваних джерелах), виключивши промислові ГЕС, результат буде не дуже обнадійливим.

Так, сонячну енергію неможливо одержувати на поверхні Землі цілодобово в будь-яку пору року (особливо в помірних широтах). Достатньої сили вітру для вітрогенератора також може довго не бути. Передбачається, що в цьому випадку будуть використані акумулятори. Визначимо їх число для обігріву звичайного будинку площею 100 м2. Згідно з нормами, при температурі зовнішнього повітря -20°С. для цього необхідна потужність 16,6 кВт. Отже, за добу ми витратимо 398,4 кВт/год електроенергії. Автомобільний акумулятор до 60 А/год з напругою 12 В після повної зарядки здатний віддати 0,72 кВт/год. Отримуємо 553 акумулятора, або близько 10 т акумуляторів на добу! А для повного енергопостачання їх треба в кілька разів більше, і до того ж доведеться замінювати їх кожні кілька років. Кажуть, що енергоємність серійних акумуляторів мала, але хороші теж коштують чимало. Причому саме тому, що на них витрачено багато праці, а значить — енергії. Наприклад, літій-іонний акумулятор мобільного телефону за термін своєї служби здатний віддати електроенергії на суму у багато разів меншу, ніж його ціна.

Отже, перша теза: сумарні витрати на виробництво енергії за допомогою альтернативних поновлюваних джерел нерідко перевищують кількість отриманої від них енергії. Нові технології дозволяють істотно зменшити витрати на використання альтернативних установок, але економічного прориву вони все ще не забезпечили.

Точки зростання

Не завжди враховуються втрати при перетвореннях енергії. Вони роблять вигідним застосування альтернативних установок, безпосередньо використовують механічну енергію (насоси, млини і т. Комбіновані котли доцільно використовувати для опалення індивідуальних будинків, але не для масштабного отримання електроенергії.

Про відтворення деревини варто сказати окремо. Звичайно, її застосування збільшиться, в тому числі, як сировини для хімічної промисловості. Але біда в тому, що дерево в наших широтах росте повільно (в Росії — приблизно 4 м3 в рік на людину). Може бути, допоможе обещаемое потепління клімату?

Згадаємо ще один метод перетворення сонячної енергії — парогенератори з дзеркалами. В СРСР була подібна електростанція на 5 МВт. На жаль, сонячні ЕС з концентраторами в рази програвали вугільним за економічними параметрами.

Кілька «рівномірніше» сонячних батарей і звичайних вітряків працюють вітрові циклонні електростанції. Але їх недоліки ті ж: порівняно невелика потужність і висока вартість монтажу.

Геотермальна енергетика відома давно. Проте її частка у світових масштабах залишається малою — далеко не скрізь можна порівняно недорого і легко (як в Ісландії) налагодити видобуток підземного тепла.

Електростанції на енергії припливів і відливів, як і морських течій, із-за ненадійності громіздкого обладнання і складності роботи в зимовий період поки можливі лише в якості експериментальних. Генератори промислових масштабів тут повинні бути величезних розмірів по причині низьких швидкостей води. При цьому вони будуть функціонувати в агресивному морському середовищі, що збільшить вартість експлуатації.

Сформулюємо друга теза: у міру вичерпання традиційних енергоносіїв і зростання вартості їх видобутку рентабельність отриманої з них енергії неминуче падатиме. А переробка звичайних енергоустановок під менш ефективне паливо (як і застосування нових технологій для збільшення ККД) лише відстрочить прийдешній криза.

Подивимося через призму энергорублевого балансу на водневі та ядерні джерела енергії. Отримання водню вимагає чималих енерговитрат, а суміш його з киснем вибухонебезпечний. У СРСР були освоєні водневі технології для ракетних і літакових двигунів. Але спустимося з небес на землю. Левову частку енергії споживає промисловість, і особливо наземний транспорт. На нього в США витрачається понад 70% ввезеної нафти. А для автомобілів водень як паливо значно поступається простому бензину. Саме з економічних міркувань поки широко не випускаються обіцяні моделі водневих двигунів, мета яких — зниження викиду «парникових» газів. Але лабораторія проблем енергетики та навколишнього середовища Массачусетського технологічного інституту доводить: хоча такі двигуни порівняно «чисті», викиди заводів, які будуть виробляти їх і водневе паливо для них, «компенсують» всю екологічну вигоду. На думку фахівців, двигуни на водні виявляються не краще гібридних силових установок (дизель + електродвигун). У ряді джерел висловлюється думка, що водень — лише можливий акумулятор енергії, причому не самий вдалий. Більш перспективний синтез аналогів синтина або спирту. Тим не менш уряд США асигнував мільярд доларів на розробку водневих джерел енергії, а найбільші автомобільні корпорації продовжують роботи по застосуванню водню в електрохімічних генераторах (паливних елементах) для електроприводу машин. У цьому випадку ККД виявляється вище, але знову ж таки не враховуються енерговитрати для отримання водневих паливних елементів (надсистемные по відношенню до транспорту).

Ближче до зірок

Як бачимо, на Землі поки не виходить добувати АЭВИ без шкоди для навколишнього середовища. Може бути, вийти в космос? В третій раз вертаємося до Сонця. За деякими оцінками, з альтернативних джерел тільки наше світило теоретично здатне покрити всі потреби людства. Проте люди ще не навчилися по-справжньому ефективно «знімати» сонячну енергію. При сприятливому розвитку технологій можливе використання космічних сонячних батарей і відбивачів з передачею енергії на Землю концентрованим променем з довжиною хвилі 10-12 див. Враховуючи досліди Николи Тесли бездротової передачі енергії, це не настільки вже й фантастично. Нобелівський лауреат Микола Семенов говорив про те, що саме на Місяці запрацює перша позаземна електростанція, яка закриє сонячними батареями лик нашого супутника. З тих пір ККД напівпровідників істотно виріс, і вже не потрібні панелі в десятки мільйонів квадратних кілометрів. За попередніми розрахунками, сучасні антени для прийому «энергосигнала» з Місяця в Техасі можуть мати форму еліпса 8 х 10 км.

Однак забезпечувати зростаючі апетити людства треба прямо зараз. І, як вже говорилося, для масової енергетики необхідно, щоб вихід енергії хоча б у кілька разів, а не на відсотки, перевищував витрати. В результаті ми неминуче приходимо до атомної тематики. Частка АЕС у світовій енергетичній кошику становить зараз близько декількох відсотків. У той же час в промислово розвинених країнах (ФРН, Франції та інших) вона значно вище. Росія також виходить з того, що єдиною реальною заміною вуглеводнів є атом. По поширеній думці, ядерне паливо — найбільш екологічно чисте (якщо виключити ймовірність терактів і техногенних катастроф типу чорнобильської).

Які ще перспективи бачаться в майбутньому? Оптимізм вселяють альтернативи в рамках самої ядерної енергетики. Вони пов’язані з новими технологіями і видами палива для АЕС. Мова йде про освоєння термоядерного синтезу і про «ідеальному термоядерне паливо» гелії-3, знайденому на Місяці. Але США, найпотужніший учасник, вийшли з проекту ІТЕР. Схоже, вони вважають, що побудують свій реактор швидше — за 15-20 років. До речі, цей же термін фігурує в американському проекті «Повернення на Місяць», оціненого у величезну суму — 98 млрд дол.

При цьому Сполучені Штати пішли ва-банк не тільки з-за загрози енергетичної кризи. До 2020 р. на Місяць крім них зібралися ЄС, Японія, Росія та Китай (однієї з головних завдань місячних місій також буде дослідження гелію-3). До «космічній гонці» підключаються всі нові гравці, і її новий виток, схоже, неминуче.

Отже, сформулюємо третя теза: кардинальні рішення енергетичної проблеми вимагають виходу за межі Землі. В результаті «завмерла» було наприкінці XX ст. освоєння космосу знову отримує потужний імпульс до розвитку. Це все ж краще, ніж витрачати мільйони доларів на день війни типу іракської за нафтоносні регіони планети…

Короткий опис статті: альтернативна енергетика

Джерело: Реальні перспективи альтернативної енергетики | НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ — науково-практичний журнал

Також ви можете прочитати