Нетрадиционные источники энергии и их влияние на окружающую среду

      Отдаленные  биологические последствия при  использовании приливной энергии  будут обусловлены усилением  приливных течений в результате увеличения амплитуды приливов. Более  мощные приливные течения будут  нарушать температурную стратификацию  воды, перемешивая слои с разной температурой. Нижележащие холодные слои наиболее богаты питательными веществами, которые постепенно оседают на дно. Поэтому с более холодной водой в поверхностные слои будет поступать больше питательных веществ. Летняя температура воздуха и воды может понизиться в среднем на 1 градус, и вероятным следствием этого будет усиление туманов и морских ветров, а биологическая продуктивность, по-видимому, увеличится. Обилие водорослей и зоопланктона, скорее всего, возрастет, так же как и численность питающихся ими организмов, но мы недостаточно осведомлены, чтобы знать, каким конкретно видам это пойдет на пользу, а каким – во вред. Биологические неясности, связанные со строительством станций на приливной энергии, пока действительно очень велики. 
 
 

      Энергия ветра. 

      В поисках альтернативных источников энергии во многих странах немалое  влияние уделяют ветроэнергетике. Ветер служил человечеству на протяжении тысячелетий, обеспечивая энергию  для парусных судов, для размола  зерна и перекачивания воды. В  настоящее время главное место занимает выработка электроэнергии. Уже сегодня в Дании ветроэнергетика покрывает около 2% потребностей страны  в электроэнергии. В США на нескольких станциях работает около 17 тысяч ветроагрегатов общей мощностью до 1500 МВт. Ветроэнергетические устройства выпускаются не только в США и Дании, но и Великобритании, Канаде, Японии и некоторых других странах.

      Для того чтобы строительство ветроэлектростанции  оказалось экономически оправданным, необходимо, чтобы среднегодовая  скорость ветра в данном районе составляла не менее 6 метров в секунду. В нашей стране ветряки можно строить на побережьях черного, Балтийского и Каспийского морей, в Нижнем Поволжье или на юге Западной Сибири, в Центральном Черноземном районе. Но самой большой ветропотенциал имеют побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, в том числе Ямал, Таймыр, Камчатка, Чукотка и близлежащие острова. В нынешнюю эпоху высоких цен на топливо можно думать, что  ветродвигатели окажутся конкурентоспособными по стоимости и смогут участвовать в удовлетворении энергетических нужд страны. 

      Конструкция ветродвигателей.

      Ветродвигатель  вырабатывает энергию, когда ветер  давит на его лопасти. Чем длиннее  лопасть, тем больше ветровой энергии  она может перехватить. Точно  также, чем больше скорость ветра, тем больше его давление на лопасти и тем больше количество перехватываемой энергии.

      Выход энергии не находится в линейной зависимости от длины лопасти  и от скорости ветра: он растет пропорционально  квадрату длины лопасти и кубу скорости ветра.

      Обратим внимание на то, что при скорости ветра 33 километра в час удлинение  лопасти в 4 раза (с15 до 60 м) увеличивает  выработку энергии в 16 раз. Заметим  также, что при длине лопасти 30 м ветер со скоростью 50 километров в час обеспечивает выработку  электроэнергии, в 26 раз большую, чем ветер со скоростью 17 километров в час. Именно поэтому инженеры склоняются в пользу крупных ветродвигателей и стремятся перехватить ветер на большой высоте.

      Большинство крупных ветродвигателей, сооружаемых  сейчас или уже действующих, рассчитано на работу при скоростях ветра 17 – 58 километров в час. Ветер со скоростью меньше 17 километров в час дает мало полезной энергии, а при скоростях более 58 километров в час возможно повреждение двигателя. 
 

      Ветродвигатели  не следует рассчитывать на перехват штормовых ветров. Даже если такой ветер обеспечивает получение намного больше энергии, чем слабые ветры, он производит столь сильное давление на лопасти, что вся машина может быть разрушена. Кроме того, продолжительность времени, когда дуют штормовые ветры, настолько мала, что вклад штормовых ветров в суммарную выработку энергии ничтожен, и это делает подобный риск бессмысленным. Чтобы устранить проблему штормовых ветров, лопасти ветродвигателей изгибают так, чтобы они были слегка повернуты в одну сторону для уменьшения напора ветра; благодаря этому полные удары сильных порывов не повреждают пропеллер. Эта старая практика известна как «оперение». Чтобы предотвратить поломку лопастей, применяют также новые материалы, способные противостоять большим нагрузкам.

      Другие  проблемы в конструкции ветродвигателей обусловлены просто природой системы, необходимой для перехватки энергии ветра. Двигатели обычно устанавливают на высоких башнях, чтобы лопасти были открыты более сильным ветрам, дующим на большой высоте. Ближе к поверхности дома, деревья, небольшие холмы и т. п. Сдерживают и ослабляют ветер. Поэтому нужны высокие мачты. Однако тяжелое оборудование – пропеллер, коробка передач и генератор – должно размещаться на верхушке мачты, и это требует прочной конструкции.

      Еще одну проблему использования энергии от ветродвигателя создает природа самого ветра. Скорость ветра варьирует в широких пределах – от легкого дуновения до мощных порывов; в связи с этим меняется и число оборотов генератора в секунду. Для устранения этого переменный ток, вырабатываемый при вращении оси, выпрямляют, т. е. преобразуют в постоянный, идущий в одном направлении. При больших размерах ветродвигателя этот постоянный ток поступает в электронный преобразователь, который производит стабильный переменный ток, пригодный для подачи в энергетическую систему. Небольшие ветродвигатели вроде тех, что используют на изолированных фермах или на морских островах, подает выпрямленный ток в большие аккумуляторный батареи вместо преобразователя. Аккумуляторные батареи совершенно необходимы для запасания электроэнергии на периоды, когда ветер слишком слаб для выработки какой-либо энергии.

      Более трудна проблема регулирования всей системы электростанций. Также как  на приливных станций, здесь бывают периоды, когда генераторы вырабатывают мало энергии или совсем ее не производят. В такое время необходимо где-то увеличить выработку тока обычной электростанцией, чтобы покрыть потребность в нем. 
 
 

      Проблемы  окружающей среды.

      Вызывает  ли ветровая энергетика загрязнение  воздуха? Нет. Требует ли она воды для охлаждения и не вызывает ли теплового загрязнения? Нет. Потребляет ли она топливо? Нет. Но она производит шум, требует земельной площади и материалов для конструкций. Она также оказывает визуальное воздействие, но опоры линий дальней электропередачи имеют высоту, близкую к высоте самого ветродвигателя из числа ныне разрабатываемых, а градирни бывают еще выше.

      Имеется еще один вид воздействия ветровой энергетики. Большие ветродвигатели вращаются со скоростью около 30 оборотов в секунду. Это близко к частоте синхронизации телевидения. Поэтому крупные ветродвигатели могут мешать приему передач на расстоянии до 1,6 км. При использовании лопастей из стекловолокна, которые оказались дешевле металлических, расстояние помех уменьшается примерно вдвое. Но так дело обстоит лишь с большими ветродвигателями, и можно ожидать, что это не будет проблемой для меньших двигателей.

      Лопасти ветродвигателей могут убить  птиц, но трудно предсказать, в каких  масштабах это будет происходить.

      Несомненно, какой-то ущерб окружающей среде может наноситься также добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей и гораздо большим количеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии от многочисленных ее источников. Но в целом, если мы учтем все затраты на охрану среды, они окажутся очень малыми. 

      Итак, обзор различных альтернативных источников энергии показывает, что  на пороге широкомасштабного промышленного  внедрения находятся ветротурбины и солнечные батареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда на решение встающих энергетических проблем; таким образом, строительство новых атомных и тепловых электростанций вовсе не обязательно. Однако их придется еще какое-то время сохранить в качестве резервных для стабильного энергообеспечения. Что же касается отдаленного будущего,  то в первую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями.

      С точки зрения окружающей среды и  устойчивого развития эти альтернативные источники электричества вполне надежны. К сожалению, они никак не решают проблему сокращения запасов сырой нефти, которая по-прежнему необходима для транспорта.

      Пассивные солнечные нагревательные системы  весьма рентабельны, и имеет смысл  включать их в проекты всех новых  зданий. Однако, пока еще существующие и используемые здания не изменятся, потребление традиционных энергоресурсов не снизится; в лучшем случае замедлится его рост. Действительно сократить их использование могло бы повсеместное улучшение теплоизоляции зданий и установка в низ «задним числом» солнечных систем отопления и водонагрева. В таком случае появится возможность перебросить часть мазута, потребляемого в бытовых целях, на нужды транспорта. Однако в самом благоприятном случае проблемы будущего дефицита сырой нефти, необходимой для производства, автомобильного горючего.

      Поэтому нужно сосредоточить основное внимание на транспортном секторе. 
 

      Что Вы можете сделать?

      Хорошо  информированные и активные граждане могут многое сделать для поддержки  и развития  более сбалансированной и экологически устойчивой политики. Кроме того, необходимо писать в соответствующие органы, требуя, чтобы они поддержали следующие мероприятия:

• финансирование в первую очередь не ядерной энергетики, а исследований и технических разработок  в области использования солнечной энергии для получения водорода, дешевого производства солнечных батарей и легких, недорогих аккумуляторов с высокой емкостью;
• перераспределение ассигнований идущих на прокладку автострад (только стимулирующих потребление топлива), на строительство рельсовых электротранспортных систем;
• возобновление экономического стимулирования энергосбережения и использования солнечных нагревательных систем; вкладывая деньги в эти перспективные направления, мы в конечном счете добьемся большей экономической и политической безопасности, чем тратя средства на охрану танкеров с нефтью.

   Заметьте, что ни одно из этих мероприятий  не требует дополнительных расходов; речь идет только о смене приоритетов, которая могла бы привести нас  к устойчивому обществу.

Изучайте  и применяйте на практике любые средства, позволяющие экономить в Вашем  собственном доме (разумеется, не приводящие к дискомфорту), улучшая его теплоизоляцию  и внедряя, где это только возможно, солнечные системы отопления  и горячего водоснабжения.

      Наконец, чтобы защитить себя в будущем  нефтяных кризисов, постарайтесь поселиться в таком месте, где пользоваться автомобилем необязательно. 

      Я выбрала эту тему, так как она  кажется, на мой взгляд, очень интересной. Я считаю, что за альтернативными источниками энергии стоит будущее. А уже сейчас мы должны думать, какую планету мы оставим своим потомкам. Я не думаю, чтобы людям на Земле было все равно в какой среде будут расти их дети и внуки. Так объединим же усилия для борьбы за чистую планету, за чистый воздух, за чистую воду!