Проблемы энегретики

тепло.

5. Заметно повышается  также КПД топлива при его  использовании вместо ТЭС на

ТЭЦ. В последнем  случае объекты получения энергии приближаются к местам ее

потребления и  тем самым уменьшаются потери, связанные с передачей на

расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦ используется тепло, которое

улавливается  охлаждающими агентами. При этом заметно  сокращается вероятность

теплового загрязнения  водной среды. Наиболее экономично получение  энергии на

небольших установках типа ТЭЦ (иогенирование) непосредственно  в зданиях. В

этом случае потери тепловой и электрической  энергии снижаются до минимума.

Такие способы  в отдельных странах находят все большее применение.

    

Альтернативные  источники получения  энергии 

Основные современные  источники получения энергии (особенно ископаемое

топливо) можно  рассматривать в качестве средства решения энергетических

проблем на ближайшую перспективу. Это связано с их исчерпанием и неизбежным

загрязнением  среды. В этой связи важно познакомиться  с возможностями

использования новых источников энергии, которые  позволили бы заменить

существующие. К  таким источникам относится энергия  солнца, ветра, вод,

термоядерного синтеза и других источников.

    

Солнце  как источник тепловой энергии 

Это практически  неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо

(посредством  улавливания техническими устройствами) или опосредствованно

через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие

процессы, которые  обусловливаются солнечными явлениями.

Использование солнечного тепла - наиболее простой  и дешевый путь решения

отдельных энергетических проблем. Подсчитано, что в США для обогрева

помещений и  горячего водоснабжения расходуется  около 25% производимой в

стране энергии. В северных странах, в том числе  и в России, эта доля заметно

выше. Между тем  значительная доля тепла, необходимого для этих целей, может

быть получена посредством улавливания энергии солнечных лучей. Эти

возможности тем  значительнее, чем больше прямой солнечной  радиации поступает

на поверхность  земли.

Наиболее распространено улавливание солнечной энергии  посредством различного

вида коллекторов. В простейшем виде это темного цвета поверхности для

улавливания тепла  и приспособления для его накопления и удержания. Оба блока

могут представлять единое целое. Коллекторы помещаются в  прозрачную камеру,

которая действует  по принципу парника. Имеются также  устройства для

уменьшения рассеивания  энергии (хорошая изоляция) и ее отведения, например,

потоками воздуха  или воды.

Еще более просты нагревательные системы пассивного типа. Циркуляция

теплоносителей  здесь осуществляется в результате конвекционных токов:

нагретый воздух или вода поднимаются вверх, а их место занимают более

охлажденные теплоносители. Примером такой системы может  служить помещение с

обширными окнами, обращенными к солнцу, и хорошими изоляционными свойствами

материалов, способными длительно удерживать тепло. Для уменьшения перегрева

днем и теплоотдачи  ночью используются шторы, жалюзи, козырьки и другие

защитные приспособления. В данном случае проблема наиболее рационального

использования солнечной энергии решается через  правильное проектирование

зданий. Некоторое  удорожание строительства перекрывается  эффектом

использования дешевой и идеально чистой энергии.

Согласно Б. Небелу (1993), в США (например, в Калифорнии) имеются строения,

которые даже при  пассивном типе аккумуляции солнечных  лучей позволяют

экономить до 75% расходов на энергию, при дополнительных строительных

затратах только в 5-10%.

На Кипре в 90% коттеджей, многих отелях и многоквартирных домах проблемы

теплообеспечения  и горячего водоснабжения решаются за счет солнечных

водонагревателей. В Израиле доля жилищ, обеспечивающихся солнечной энергией,

близка к 65%. В  других странах целенаправленное использование солнечной

энергии пока не велико, но интенсивно увеличивается  производство различного

рода солнечных  коллекторов. В США сейчас действуют  тысячи подобных систем,

хотя обеспечивают они пока только 0,5% горячего водоснабжения.

Очень простые  устройства используют иногда в парниках или других сооружениях.

Для большего накопления тепла в солнечное время суток  в таких помещениях

размещают материал с большой поверхностью и хорошей  теплоемкостью. Это могут

быть камни, крупный  песок, вода, щебенка, металл и т. п. Днем они накапливают

тепло, а ночью  постепенно отдают его. Такие устройства широко используются в

тепличных хозяйствах юга России, в Казахстане, Средней  Азии и других

солнцеобильных  районах.

    

Солнце  как источник электрической  энергии 

Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством

использования фотоэлементов, в которых солнечная  энергия индуцируется в

электрический ток безо всяких дополнительных устройств. Хотя КПД таких

устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие

отсутствия каких-либо подвижных частей. Основные трудности  применения

фотоэлементов связаны с их дороговизной и занятием больших территорий для

размещения. Проблема в какой-то мере решаема за счет замены металлических

фотопреобразователей энергии эластичными синтетическими, использования крыш и

стен домов  для размещения батарей, выноса преобразователей в космическое

пространство  и т. п.

В тех случаях, когда требуется получение небольшого количества энергии,

использование фотоэлементов уже в настоящее время экономически целесообразно.

Б. Небел в  качестве примеров такого использования  называет калькуляторы,

телефоны, телевизоры, кондиционеры, маяки, буи, небольшие  оросительные

системы и т. п.

В странах с  большим количеством солнечной  радиации имеются проекты полной

электрификации  отдельных отраслей хозяйства, например сельского, за счет

солнечной энергии. Получаемая таким путем энергия, особенно с учетом ее

высокой экологичности, по стоимости оказывается более  выгодной, чем энергия,

получаемая традиционными методами.

Солнечные станции  подкупают также возможностью быстрого ввода в строй и

наращивания их мощности в процессе эксплуатации простым  присоединением

дополнительных  батарей - солнцеприемников. В Калифорнии построена гелиостанция,

мощность которой достаточна для обеспечения электроэнергией 2400 домов.

Второй путь преобразования солнечной энергии  в электрическую связан с

превращением  воды в пар, который приводит в  движение турбогенераторы. В этих

случаях для  энергонакопления наиболее часто используются энергобашни с

большим количеством  линз, концентрирующих солнечные  лучи, а также специальные

солнечные пруды. Сущность последних заключается  в том, что они состоят из

двух слоев  воды: нижнего с высокой концентрацией  солей и верхнего,

представленного прозрачной пресной водой. Роль материала, накапливающего

энергию, выполняет  солевой раствор. Нагретая вода используется для обогрева

или превращения  в пар жидкостей, кипящих при  невысоких температурах.

Солнечная энергия  в ряде случаев перспективна также для получения из воды

водорода, который  называют «топливом будущего». Разложение воды и

высвобождение водорода осуществляется в процессе пропускания между

электродами электрического тока, полученного на гелеустановках. Недостатки

таких установок  пока связаны с невысоким КПД (энергия, содержащаяся в

водороде, лишь на 20% превышает ту, которая затрачена  на электролиз воды) и

высокой воспламеняемостью  водорода, а также его диффузией  через емкости для

хранения.

     Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу

В биомассе концентрируется  ежегодно меньше 1% потока солнечной  энергии.

Однако эта  энергия существенно превышает  ту, которую получает человек из

различных источников в настоящее время и будет  получать в будущем.

Самый простой  путь использования энергии фотосинтеза - прямое сжигание

биомассы. В отдельных  странах, не вступивших на путь промышленного  развития,

такой метод  является основным. I Более оправданной, однако, является

переработка биомассы в другие виды топлива, например в  биогаз или этиловый

спирт. Первый является результатом анаэробного (без доступа  кислорода), а

второй аэробного (в кислородной среде) брожения.

Имеются данные, что молочная ферма на 2 тысячи голов  способна за счет

использования отходов обеспечить биогазом не только само хозяйство, но и

приносить ощутимый доход от реализации получаемой энергии. Большие

энергетические  ресурсы сконцентрированы также  в канализационном иле, мусоре и

других органических отходах.

Спирт, получаемый из биоресурсов, все более широко используют в двигателях

внутреннего сгорания. Так, Бразилия с 70-х годов значительную часть

автотранспорта  перевела на спиртовое горючее или  на смесь спирта с бензином -

бензоспирт. Опыт использования спирта как энергоносителя имеется в США и

других странах.

Для получения спирта используется разное органическое сырье. В Бразилии это в

основном сахарный тростник, в США - кукуруза. В других странах - различные

зерновые культуры, картофель, древесная масса. Ограничивающими  факторами для

использования спирта в качестве энергоносителя являются недостаток земель для

получения органической массы и загрязнение среды  при производстве спирта

(сжигание ископаемого  топлива), а также значительная  дороговизна (он примерно

в 2 раза дороже бензина).

Для России, где  большое количество древесины, особенно лиственных видов

(береза, осина), практически не используется (не  вырубается или оставляется