Солнечная энергия

В минуту Солнце посылает на Землю столько энергии, сколь­ко за полтора года вырабатывают все электростанции нашей страны. Поэтому проблема освоения этой энергии давно волнует ученых.

Пионером использования солнечной энергии считается Ар­химед, сумевший по преданию с помощью зеркал сжечь вражеский флот. В настоящее время в мире построено большое количество уста­новок и целых гелиостанций, питающих различных энергопотребителей: отопительные системы зданий, системы связи, водообеспечения и т.д.

Однако солнечная энергия относится к рассеянным видам энергии: на 1 м² земной поверхности выпадает в среднем всего около 160 Вт солнечной радиации. Для использования в практических це­лях ее надо собирать с большой поверхности. Пока низок и к.п.д. фотоэлектрических преобразователей (не более 25 %). Кроме того

смена дня ночью, а также нередко встречающаяся облачность резко снижают эффективность солнечных установок, делая получаемую энергию значительно более дорогой, чем при использовании тради­ционных методов.

Специалисты видят выход в создании космических солнеч­ных электростанций (КЭС). Дело в том, что в космосе нет восходов и закатов Солнца, нет облаков, препятствующих прохождению лучей. Поэтому на единицу поверхности космической площадки поступает в 10 раз больше энергии, чем на такую же площадь земной поверхнос­ти. Уже сегодня разработаны проекты КЭС массой до 60000 т с площадью солнечных батарей до 50 км². Поднятая над поверхностью Земли на 36000 км такая станция будет иметь мощность 5 млн. кВт, т.е. на 1 млн. кВт больше, чем самая крупная в Европе Ленинградская АЭС. Станция, выведенная на стационарную орбиту «повиснет» над одной точкой земной поверхности. Передавать полученную энергию на Землю предполагается с помощью лазерного или сверхвысокочас­тотного излучения.

Реализация данного проекта сдерживается тем, что добытая в космосе энергия окупит сгоревшее при запусках ракет (с элементами для монтажа КЭС) топлива только через 30 лет безаварийной работы станции.

Энергия ветра

Ветер - движение воздуха относительно поверхности Земли -имеет солнечное происхождение.

Как известно, в зависимости от цвета тела поглощают большую или меньшую часть солнечного излучения. Чем больше степень черно­ты, тем больше тело нагревается. Поскольку различные участки поверхности Земли имеют разную степень черноты, то под действием солнечных лучей они нагреваются до различной температуры. Соответ­ственно, разную температуру имеют и нижние слои атмосферы. Вследствие этого давление воздуха на одной и той же высоте неодинако­во, что и приводит к горизонтальному перемещению больших масс воздуха.

Использование энергии ветра имеет давнюю историю. Многие столетия воды морей и океанов бороздили парусники, а ветряные мель­ницы были привычным элементом пейзажа в сельскохозяйственных районах Европы.

Первые ветряные электрогенераторы появились в 90-х годах прошлого столетия в Дании. А в 1995 г. при помощи ветра производи­лось около 10 % необходимого этой стране электричества. В США первая

относительно крупная ветряная электростанция была построена в 1980 г. в Нью-Гэмпшире. Ресурсы же ветряной энергии в этой стране таковы, что способны обеспечить 25 % прогнозируемой на конец века потребно­сти США в электричестве. Уже сегодня при помощи ветра в стране производят количество электроэнергии, позволяющее покрыть 15 % по­требности одного из крупнейших городов США - Сан-Франциско.

Работы по строительству ветряных электростанций ведутся во многих странах, в том числе в Австралии, Великобритании, Канаде, Ки­тае, Нидерландах, Швеции и других.

Россия также располагает огромными ресурсами энергии ветра. Они сосредоточены вдоль побережья Северного Ледовитого океана, а также в районах, прилегающих к Черному, Каспийскому и Балтийскому морям.

Освоение энергии ветра связано с определенными трудностями. Во-первых, ветроустановки работоспособны лишь в некотором интерва­ле скоростей воздушного потока: они не вырабатывают электроэнергии в «штиль» и могут быть повреждены при скоростях более 20 м/с. Во-вторых, количество вырабатываемой установками энергии зависит от скорости ветра. В связи с этим возникают проблемы утилизации излиш­ков энергии, вырабатываемой при высоких скоростях воздушных масс и, наоборот, компенсации нехватки энергии, возникающей при низких скоростях ветра.

Имеется ряд предложений по обеспечению бесперебойности энергоснабжения. Например, при сильном ветре можно накапливать энер­гию, вырабатывая на избыточной мощности водород, путем электролиза воды. А в периоды штиля вырабатывать электроэнергию, используя ге­нератор, работающий на водородном топливе.

Перспективным может стать совмещение ветровых и-небольших по мощности гадроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В этом случае часть энергии, полученной при сильном ветре, используют для того, чтобы закачать воду в верхний бассейн ГАЭС. Возврат накоплен­ной энергии во время штиля осуществляется благодаря вращению специальной турбины при перепуске воды из верхнего бассейна ГАЭС в нижний.

В ближайшей перспективе установленная мощность ветроагре-гатов в нашей стране может быть доведена до 850 тыс. кВт с выработкой электроэнергии в количестве 2...3 млрд. кВт?ч в год.