Використання не традиційних видів енергії (енергія сонця, вітру, біоенергія,..) в Україні та світі

     Потім відбулося безліч відкриттів, пов'язаних з магнітними властивостями електричного струму. Французький фізик Андре  Ампер став основоположником нової науки – вчення про електромагнетизм. Звідси залишався один крок до створення електродвигуна. Цей вирішальний крок допомогли зробити великий англійський фізик і хімік, колишній учень палітурника Майкл Фарадей, німецький фізик, що жив і працював в Росії. Герман Якобі і багато інших відомих і невідомих механіків, фізики і хіміки. Перші електродвигуни працювали від вдосконалених елементів вольтів. Вони володіли малою потужністю і поступово були витіснені двигунами змінного струму. Для цього потрібно було створити нові джерела такого струму – генератори, а потім турбіни, щоб приводити їх в рух.

     Загалом справжній поштовх науці надала саме електроенергія завдяки. Справжнім  проривом можна вважати вибухові електрогенератори що стали надбанням  радянських НДІ, реакції термоядерного синтезу що поки не може використовуватись у промисловості та навіть фарба в якій використовуються речовини що виконують функцію фотоелементів. Водневе авто що ще декілька років назад було фантастикою, сьогодні не тільки реальність, а й вже має свою інфраструктуру (мережу заправних станцій), на теренах США.

     Шлях  до загальної електрифікації проходив через безліч крупних і дрібних  відкриттів і винаходів. Але це був  логічний і цілеспрямований шлях. Електричну енергію легко можна  передавати на великі відстані і безпосередньо використовувати для найрізноманітніших цілей. Всі колишні машини і механізми вимагали “палива”, тобто джерела енергії, безпосередньо на місці: парова машина не в змозі працювати без достатньої кількості палива, вітряний млин – без вітру, водяний млин – без потоку води. А електричний двигун працює і за сотні кілометрів від джерела споживаної ним енергії.

     Скільки людям потрібно енергії 

     Народження  енергетики відбулося декілька мільйонів  років тому, коли люди навчилися  використовувати вогонь. Вогонь давав їм тепло і світло, був джерелом натхнення і оптимізму, зброєю проти ворогів і диких звірів, лікувальним засобом, помічником в землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом і т.д.

     Впродовж  багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей і т.п.), а потім була виявлена можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафта, сланці, торф.

     Прийшов час пояснити, що ж таке енергія, тобто величина, вимірювана кілоджоулями. Відома і інша фізична величина - робота, що має ту ж розмірність, що і енергія.

     Виявляється, питання має принципове значення. Енергія - слово грецьке, таке, що означає  в перекладі діяльність.. Терміном "енергія" позначають єдину скалярну міру різних форм руху матерії. Енергію можна отримати при згоранні 1кг вугілля або 1кг нафти, які називаються енергоносіями. Закони фізики затверджують: та робота, яку можна отримати в реальних машинах і використовувати на наші потреби, буде завжди менше енергії в енергоносії. Енергія - це, по суті справи, енергетичний потенціал (або просто потенціал), а робота - це та частина потенціалу, яка дає корисний ефект. До цих пір за традицією ще застосовують поняття потенційної і кінетичної енергії, хоча насправді із-за величезної різноманітності видів енергії було б доцільно користуватися єдиним терміном - енергія. Таким чином, робота здійснюється в процесі перетворення одних видів енергії в інших і характеризує корисну її частину, отриману в процесі такого перетворення. Розсіяна в процесі здійснення роботи енергія незмінно перетворюється на тепло, яке повідомляється навколишньому простору. Оскільки процеси перетворення одних видів енергії в інших нескінченні, будь-яка робота врешті-решт переходить в тепло, тобто знецінюється. Це означає, що чим більше людство здобуває вугілля, нафти і інших енергоресурсів, тим більше воно зрештою нагріває навколишнє середовище.

     Прогноз зростання потреби в енергії  найчастіше пов'язують із зростанням чисельності населення Землі.

     Та  перш ніж зрозуміти як здобути  і зекономити, з максимальною ефективністю, джерела енергії треба зрозуміти  на що і як вони витрачаються. Загалом  спектр необмежений та є сфери  що особливо нас цікавлять у розрізі екологічності та раціональності. Навряд в когось виникнуть питання пов'язані з оптимізацію споживання електроенергії такими приладами як телефон чи комп'ютер, а ось транспорт та будівництво (власне експлуатація будівель та техніки) можуть викликати багато цікавих питань. За їх оптимізації зросте ефективність і виробництва будь чого.

     Цікаво  що головно перепоною у їх розвитку є звички. Наприклад асфальтовані маршрути сполучення з'явилися не для  автомобілістів і навіть не з їхньої ініціативи. Дяка за якісний рух має адресуватися велосипедистам, та ми настільки звикли до автомобільних доріг що їх основоположники мають виборювати собі на них місце. Звичка заважає вже абсолютно робочим та конкурентно здатним водневим автомобілям заповнити собою дороги — нестача інфраструктури. Так заправні станції, що колись були додатковим бізнесом для аптекарів, зараз обладнані для водню лише у північно-західних районах США та на заході Канади і їх кількість не перевищує 200. Саме за такої лінності  Honda та BMW лише по трохи і лише для США випускають вже серійні водневі авто кількістю не більше 100 на рік.

     З авто все більш менш зрозуміло  — великі інвестиції у інфраструктуру зараз вкладаються лише активістами  та ентузіастами. Прагматичні бізнесмени ж це роблять поступово та обачливо просто щоб стати першими в новій ері. Що ж тоді коїться з будинками?

     Єдина область, де можна різко знизити  обсяги споживаного палива і, як наслідок, витрати енергії та обсяги викидів - це існуючі і нові будівлі, для  цього необхідно поліпшити теплоізоляцію і встановити більш ефективні опалювальні системи, змінити підхід у проектуванні. Для зниження викидів СО2 і захисту навколишнього середовища в майбутньому нам доведеться обходитися набагато меншою кількістю енергії для опалення, ніж ми використовували до сих пір. У той час, як існують не вдосконалені будівлі старої споруди що витрачають на опалення від 300 до 400 кВт • г/м2 енергії, потреба в опалювальній енергії для будинків майбутнього покоління складе від 20 до 40 кВт • г/м2. Тож основна характеристика архітектури будівель майбутнього - це наднизьке і навіть нульове споживання енергії. Багато сучасних новації в галузі будівництва спрямовані на те, щоб людські поселення приносили якомога менше шкоди навколишньому середовищу (зниження споживання теплових ресурсів, повне або часткове задоволення електроенергією, створення більш досконалої вентиляції і теплоізоляції, зниження споживання води ). Прикладом будинків, які в майбутньому дозволять нам жити в гармонії з природою, в той же час не позбавляючи себе звичного комфорту, є так звані "енергоефективні будинки". Концепція "пасивного" будинку - один з найбільш значних проривів у будівництві. Такий будинок не залежить від зовнішніх джерел енергії. Це стає можливим завдяки раціональному використанню джерел тепла і енергії самого будинку і навколишньої його території. Аварійне опалювання (на випадок тривалих морозів), система гарячого водопостачання, електроживлення пасивного будинку здійснюються за рахунок енергії природних джерел. Крім того, максимально використовується тепло від побутових приладів, стоків, природне тепло мешканців будинку. Найбільш довершені проекти враховують навіть орієнтацію по сторонах світла і розі вітрів. При цьому тепловитрати запобігають завдяки конструктивним особливостям будівлі, використанню енергозберігаючих технологій і високоефективних теплоізоляційних матеріалів. Будинок з мізерно малим енергоспоживанням (згідно з нормативами Закону про заощадження енергії - менше 15 кВтт • г на рік на 1 м2 опалювальної площі). Опалення та гаряче водопостачання пасивного будинку здійснюється за допомогою альтернативних джерел енергії (теплові насоси, сонячні колектори, вітряки і батареї).

     Світ  наповнений енергією, яка може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходитися і знаходиться в людях і тваринах, в каменях і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, в річках і озерах, а ми, у свою чергу, розглянемо способи витягання цієї енергії і її перетворення.

     Розділ 2.Альтернативні джерела  енергії. 

     Цікаво що зазвичай до альтернативної енергетики відносять відновлювальні джерела енергії:

     Вітрова енергія. 

     Ми  живемо на дні повітряного океану, в світі вітрів. Люди давно це зрозуміли, вони постійно відчували  на собі дію вітру, хоча довгий час не могли пояснити багато явищ.

     Величезна енергія рухомих повітряних мас. Запаси енергії вітру більш ніж  в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди на землі дмуть вітри  – від легкого вітерцю, що несе бажану прохолоду в літню спеку, до могутніх ураганів, що приносять незліченну утрату і руйнування. Завжди неспокійний повітряний океан, на дні якого ми живемо. Вітри, що дмуть на просторах наший країни, могли б легко задовольнити всі її потреби в електроенергії! Чому ж такий рясний, доступний та і екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? В наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії.

     Середньорічна швидкість вітру на висоті 20–30 м над поверхнею Землі повинна бути чималою, щоб потужність повітряного потоку, що проходить через належним чином орієнтований вертикальний перетин, досягала значення, прийнятного для перетворення. Вітроенергетична установка, розташована на майданчику, де середньорічна питома потужність повітряного потоку складає близько 500 Вт/м2 (швидкість повітряного потоку при цьому рівна 7 м/с), може перетворити в електроенергію близько 175 з цих 500 Вт/м2.

     Енергія, що міститься в потоці рухомого повітря, пропорційна кубу швидкості вітру. Проте не вся енергія повітряного потоку може бути використана навіть за допомогою ідеального пристрою. Теоретично коефіцієнт корисного використання енергії повітряного потоку може бути рівний 59,3 %. На практиці, згідно з опублікованими даними, максимальний коефіцієнт корисного використання  енергії вітру рівний приблизно 50 %, проте і цей показник досягається не при всіх швидкостях, а тільки при оптимальній швидкості, передбаченій проектом. Крім того, частина енергії повітряного потоку втрачається при перетворенні механічної енергії в електричну, яке здійснюється з ККД зазвичай 75–95 %. Враховуючи всі ці чинники, питома електрична потужність складає 30–40 % потужності повітряного потоку. Проте іноді вітер має швидкість, що виходить за межі розрахункових швидкостей.

     Новітні дослідження направлені переважно  на отримання електричної енергії  з енергії вітру. Прагнення використання вітру як енергії привело до появи  на світло безлічі агрегатів. Деякі  з них досягають десятків метрів у висоту, і, як вважають, з часом вони могли б утворити справжню електричну мережу.

     Споруджуються спеціальні станції переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить  в рух динамо-машину – генератор  електричного струму, який одночасно  заряджає паралельно сполучені акумулятори. Акумуляторна батарея автоматично підключається до генератора в той момент, коли напруга на його вихідних клемах стає більше, ніж на клемах батареї, і також автоматично відключається при протилежному співвідношенні.

     Широкому  застосуванню агрегатів для перетворення вітру в енергію в звичайних умовах поки перешкоджає їх висока собівартість. Навряд чи потрібно говорити, що за вітер платити не потрібно, проте машини, потрібні для того, щоб запрягти його в роботу, обходяться дуже дорого. 

Зберігання  вітряної енергії.