Г лава 1

Основы использования возобновляемых источников энергии

1. Введение

Цель этой главы — дать представление о всем спектре возоб­новляемых источников энергии, которые можно использовать в современном народном хозяйстве. Рассмотрены такие источники энергии, как ветер, вода, солнечное излучение, органические вещества и др. Хотя мощность энергетических установок, рабо­тающих на возобновляемой энергии, колеблется от сотен ватт до мегаватт, в любом случае, анализируя возможность исполь­зования таких установок, следует ответить на три основных вопроса.

1. Чему равны энергоресурсы потенциальных источников во­зобновляемой энергии?

2. Для каких целей можно использовать производимую энергию?

3. Чему равна стоимость этой энергии по сравнению с энер­гией от других источников?

Ответу на первые два вопроса посвящены по существу все главы этой книги. Последний вопрос — важнейший для потре­бителей энергии и в конечном счете является решающим при практическом использовании возобновляемых энергоресурсов. Очень важно осознать, что экономически оправданная эксплуата­ция возобновляемых источников энергии возможна при выполне­нии двух условий.

1. Четко поняты и использованы принципиальные преиму­щества таких источников энергии.

2. Максимально эффективен весь процесс преобразования возобновляемой энергии в энергоустановках благодаря,миними­зации потерь и максимизации экономических и социальных по­казателей.

Когда эти условия выполнены, можно проводить сравнитель­ные стоимостные расчеты применительно к конкретной установке и делать экономические оценки. Невыполнение первого условия

ю

приводит, как правило, к технически несовершенным решениям и как следствие — к низким экономическим показателям. От­части это связано с теми большими различиями в методах реше­ния задач, которые используются в энергетике на возобнов­ляемых ресурсах, с одной стороны, и в традиционной тепловой и атомной энергетике, с другой.

Потребность в освоении и развитии энергетики на возоб­новляемых ресурсах становится все более очевидной при воз­растающем спросе на топливо, особенно на нефть, росте населе­ния и требований к уровню жизни, особенно в развивающихся странах.

Рассмотрим простейшую модель, описывающую потребности общества в энергии для хозяйственных и бытовых целей:

R=EN. (1.1)

Здесь R — годовая потребность в энергии некоторого коллек­тива из N человек; Е — средние затраты энергии на одного человека в год, связанные с производством питания, промышлен­ной продукции и т. д. Уровень жизни, зависящий, очевидно, от £, но .очень сложным образом, можно приближенно оценивать значением национального дохода на душу населения S* связан­ного с Е соотношением

S = fE. (1.2)

Коэффициент f — нелинейная функция многих параметров. Его можно рассматривать как эффективность использования энергии для производства жизненных благ, поэтому желательно, чтобы он был максимально большим. Очевидно, чго любые не­производительные расходы энергии уменьшают этот коэффи­циент. Подставляя Е из (1.2) и (1.1), получаем

R = SN/f. (1.3)

Население Земного шара в настоящее время составляет более

5. млрд. человек и возрастает примерно на 2—3% в год. Во мно­гих странах острота проблемы роста населения несколько сниже­на высокой детской смертностью и низкой продолжительностью жизни. Среднее на душу населения потребление мощности состав­ляет примерно 0,8 кВт, но национальные различия в уровне потребляемой энергии очень велики — от 10 кВт в США и 4 кВт в странах Европы до 0,1 кВт в Центральной Африке. Средние темпы роста национального дохода в странах современного мира равны 2—5% в год. При таких темпах роста ежегодное потребле­ние энергии с учетом роста населения, как следует из (1.3), должно возрастать (при постоянном значении коэффициента /) на 4—8%. Такой прирост производства энергии трудно обеспе­

11