
- •Возобновляемые источники энергии
- •Глава 16 посвящена очень важным для новой энергетики вопросам аккумулирования и передачи выработанной энергии.
- •Основы использования возобновляемых источников энергии
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Энергии
- •Истощаемых источниках энергии
- •Научные принципы использования возобновляемых источнников энергии
- •Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии
- •Энергии
- •Социально-экономические последствия развития энергетики на возобновляемых источниках энергии
- •Основы механики жидкости 2.1. Введение
- •Закон сохранения энергии, уравнение Бернулии
- •Закон сохранения количества движения
- •Вязкость
- •Турбулентность
- •Трение при течении в трубах
- •Глава 3.
- •Теплоперенос
- •Введение
- •Метод тепловой цепи и терминология
- •Теплопроводность
- •Конвективный теплообмен
- •Радиационный теплоперенос
- •Свойства прозрачных веществ
- •Теплоперенос посредством теплоносителя
- •Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •Глава 4 солнечное излучение 4.1. Введение
- •Космическое солнечное излучение
- •Составляющие излучения
- •Геометрия Земли и Солнца
- •Расположение приемника относительно Солнца
- •Влияние земной атмосферы
- •Оценки солнечной энергии
- •Расчет теплового баланса, общие замечания
- •Открытые нагреватели
- •Закрытые нагреватели
- •Системы с изолированным накопителем
- •Селективные поверхности
- •Вакуумированные приемники
- •Воздух)
- •Другие применения солнечной энергии
- •Введение
- •Подогреватели воздуха
- •Зерносушилки
- •Солнечные отопительные системы
- •Охлаждение воздуха
- •Опреснение воды
- •Солнечные пруды
- •Концентраторы солнечной энергии
- •Солнечные системы для получения электроэнергии
- •Глава 7
- •Фотоэлектрическая генерация
- •Введение
- •Кремниевый р—я-переход
- •Поглощение фотонов
- •Потребляемая солнечная энергия
- •Фотоэлектрические свойства цепи и нагрузки
- •Ограничения эффективности солнечных элементов
- •Конструкции солнечных элементов
- •2 При повышении температуры ширина запрещенной зоны уменьшается в таблице приведены данные для температуры окружающего воздуха
- •7.9. Фотоэмиссиоиные и термоэмиссионные системы
- •Глава 8
- •Гидроэнергетика
- •Введение
- •Основные принципы использования энергии воды
- •Оценка гидроресурсов для небольших станций
- •Активные гидротурбины
- •Реактивные гидротурбины
- •Гидроэлектростанции
- •Гидравлический таран
- •Пользуясь атласом, оцените гидроэнергетический потенциал страны или определенного района, действуя в такой последовательности.
- •Падающий на лопасти турбины Пельтона поток и отраженный образуют угол в в системе координат, связанной с лопастью. Скорость ut — тангенциаль
- •Ветроэнергетика
- •Введение
- •Классификация ветроустановок
- •Основы теории ветроэнергетических установок
- •Режимы работы ветроколеса
- •Метод линий тока
- •Характеристики ветра
- •Использование ветроколесом энергии ветра
- •Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок
- •Энергия; 6 — дорогая электроэнергия
- •Производство механической работы
- •Перспективы использования вэу
- •Фотосинтез
- •Введение
- •Трофический уровень фотосинтеза
- •Фотосинтез на уровне растений
- •Клетки губчатой ткани
- •"Замыкающая клетка устьица
- •Термодинамический анализ
- •Фотофизика
- •Фотосинтез на молекулярном уровне
- •Мембраны
- •Искусственный фотосинтез
- •Глава 11
- •Биотопливо
- •Введение
- •Классификация биотоплива
- •Сжигание биотоплива для получения тепла
- •Пиролиз (сухая перегонка)
- •Другие термохимические процессы
- •Газгольдер
- •Агрохимические способы получения топлива
- •Фермер, имеющий 50 свиней, предполагает использовать их навоз для получения биогаза в качестве топлира своего автомобиля.
- •Глава 12 энергия волн 12.1. Введение
- •Волновое движение
- •Энергия и мощность волны
- •Описание реальных волн
- •Устройства для преобразования энергии волн
- •Глава 13 энергия приливов 13.1. Введение
- •Причины возникновения приливов
- •Масштабы не соблюдены
- •Усиление приливов
- •Мощность приливных течений
- •Мощность приливного подъема воды
- •Угасающие приливы
- •Перспективные районы строительства приливных электростанций
- •Глава 14 преобразование тепловой энергии океана 14.1. Введение
- •Теплообменники
- •Требования к насосным агрегатам
- •Другие практические соображения
- •Глава 15 геотермальная энергия
- •Введение
- •Геофизика
- •Анализ свойств сухих горных пород и естественных водоносных пластов
- •Использование геотермальных ресурсов
- •Аккумулирование и передача энергии на расстояние 16.1. Значение процессов аккумулирования и передачи энергии
- •Биологическое аккумулирование
- •Химическое аккумулирование
- •Аккумулирование тепла
- •Аккумулирование электроэнергии: свинцово-кислотные батареи
- •1 Моль рь 207 г
- •Моль рьОг 239 г
- •Моля h2so4 196 г
- •Топливные элементы
- •Механическое аккумулирование
- •Передача энергии
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •Глава 8. Гидроэнергетика 176
- •Глава 9. Ветроэнергетика 195
- •Глава 10. Фотосинтез 243
- •Глава 11. Биотопливо 266
- •Глава 12. Энергия волн 297
- •Глава 13. Энергия приливов 318
- •Глава 14. Преобразование тепловой энергии океана 336
- •Глава 15. Геотермальная энергия 348
- •Глава 16. Аккумулирование и передача энергии на расстояние 360
- •Твайделл Джон, Уэйр Антони Возобновляемые источники энергии
Рис.
1.6. Схема ветроэнергетической системы
острова Фэйр (Шотландия). Подключение
и отключение потребителей регулируется
изменениями частоты вырабатываемой
электроэнергии, согласуя таким образом
потребление энергии и ее
производство
Промышленная
революция в Европе и Северной Америке
и последующий рост промышленности во
всех странах очень сильно изменили
социальные условия и образ жизни людей.
Определяющую роль в этом процессе
сыграло развитие энергетики, особенно
на новых источниках энергии — угле и
нефти. Для промышленно развитых стран
связь между развитием угледобывающей
промышленности и их общим развитием
несомненна, и эта зависимость будет
существовать еще не одно столетие.
Для развивающихся стран их развитие
тесно связано с объемом мировой добычи
и доступностью относительно дешевой
нефти. Широкий доступ к нефти появился
в 1950-х годах — в период, когда многие
страны освободились от колониальной
зависимости. Развитие этих стран очень
сильно зависело от нефти и в результате
привело к глубоким изменениям в их
образе жизни. Подобных изменений в
социальном развитии следует ожидать
и при широком использовании источников
возобновляемой энергии. Современный
уровень науки и технологии позволяет
коренным образом усовершенствовать
методы использования энергии и на этой
основе поднять жизненный уровень,
особенно в сельских районах. Невозможно
предсказать последствия широкого
использования возобновляемой
энергии, но очевидно, что основное их
свойство — неисто-
27
Социально-экономические последствия развития энергетики на возобновляемых источниках энергии
щаемость
— обещает большую стабильность
энергетики, чем это возможно при
использовании традиционных топливных
ресурсов, особенно нефти. Большие
различия в источниках возобновляемой
энергии повлекут, наверное, такое же
разнообразие социально-экономических
последствий.
Рассредоточение
населения. В
§ 1.1 и 1.3 отмечалось, что потоки
возобновляемой энергии имеют низкую
плотность, и рассеяны в пространстве.
Концентрировать ее сложно и дорого. В
противоположность ей концентрация
невозобновляемой энергии высока и
необходимы средства для ее распределения.
Так, например, тепловая или атомная
электростанция имеет мощность
порядка 1000 МВт, и от нее во все стороны
расходятся линии электропередачи,
снабжающие энергией промышленные
объекты. Энергоемкие производства
размещаются, как правило, вблизи
электростанций. Динамика численности
населения в промышленных районах обычно
определяется потребностями производства
в рабочей силе. Здесь такая же связь,
как между добычей угля и производством
стали, перегонкой нефти и разработкой
необходимого для этого оборудования,
наличием источников газа и развитием
городов.
При
таком сугубо материалистическом анализе
последствий широкого использования
возобновляемой энергии следует
заключить, что оно будет способствовать
в большей степени рассредоточению
населения и общественной жизни, чем их
концентрации. Данная в § 1.1 верхняя
оценка плотности населения в обществе,
использующем только возобновляемые
энергоресурсы, составляет примерно
500 чел/км2. Такая плотность,
значительно превышающая плотность
населения сельских районов, характерна
для большинства небольших административных
центров и промышленных городов. Таким
образом, постоянный рост в энергетике
доли возобновляемой энергии позволит
избежать чрезмерной концентрации
населения и образования новых мегаполисов.
При разумном и экономном использовании
имеющихся в настоящее время запасов
топлива времени для разворачивания
энергетики на возобновляемых источниках
вполне достаточно.
Воздействие
на окружающую среду. Энергетика
на возобновляемых источниках
использует потоки энергии, уже
существующие в окружающем пространстве
(см. рис. 1.1). В силу этого тепловое
загрязнение окружающей среды,
обусловленное сбросом в нее какой-то
части преобразованной энергии,
незначительно. По этой же причине
незначительны и другие виды загрязнения
воздуха и воды, а также объемы отходов.
В экологическом отношении энергия
возобновляемых источников имеет
преимущество перед обычным топливом
или атомной энергией. Исключением
является загрязняющая воздух
несовершенная технология сжигания
древесины (см. гл. 11).
28
Похоже,
что основным с экологической стороны
недостатком энергоустановок на
возобновляемых источниках является
нарушение ими естественного ландшафта.
Это неизбежно для установок, работа
которых основана на использовании
потоков энергии, циркулирующих в
окружающем пространстве, т. е. когда
окружающая среда является необходимым
элементом процесса преобразования
энергии. Наиболее сильно этот недостаток
проявляется у крупных установок.
Например, мощные гидростанции сооружаются
там, где легче образовать водохранилище,
т. е. в живописной горной или холмистой
местности, и эта уникальная красота,
естественно, нарушается. Еще более
тяжелыми могут быть последствия при
сооружении водохранилищ на равнинных
реках с помощью дамб. Это может привести
к эрозии почвы, ухудшению ее качества
и в результате — к нарушению нормального
земледелия. Таких последствий, конечно,
надо всячески избегать, а для этого не
следует, наверное, стремиться к сооружению
слишком мощных энергетических установок
на возобновляемых источниках энергии
Долговременные
последствия. Физическая
природа используемых источников
энергии во многом предопределяет и
направление развития технологии и
общества в целом. Использование
возобновляемых источников энергии
ставит нас и нашу деятельность в
гораздо большую зависимость от окружающей
среды, чем использование обычного
и ядерного топлива. Ориентация на
опережающее развитие энергетики на
возобновляемых источниках требует
значительных расходов на развитие
соответствующих этой энергетике
предприятий и технологий, а также
определенных изменений в области
образования, планирования, финансирования,
производства. Конечной целью должно
быть воспитание общества в духе большого
понимания своей связи с окружающей
средой. Так как значительная часть
потребляемой обществом энергии
расходуется в жилых и служебных
помещениях, широкое использование
возобновляемой энергии, в частности
солнечной, приведет к существенным
изменениям в архитектурном облике
зданий. Например, в районах с холодным
и умеренным климатом рационально
создавать застекленные оранжереи
вдоль стен зданий, обращенных к солнцу,
так как стекло хорошо пропускает
тепловое излучение солнца. Естественно,
что это повлияет как на облик зданий,
так и на стиль жизни.
Определенные
изменения произойдут и в области
образования и научных исследований.
При изучении физики, например^ резко
возрастет значение таких ее разделов,
как теплоперенос, механика, оптика и
гидродинамика. Совершенствование мето-
1
Обращаем внимание читателя на то, с
какой осторожностью оценивается
возможность строительства ГЭС.— Прим.
ред.
29