14 Дәріс конспектісі.

Дәріс тақырыбы: Өндірілмейтін энергоресурстарды пайдалану - жел, күн сәулесі, мұхиттар энергиясы, термальдік сулар.

Жер шарының жел энергоресурсы, Қазақстанның жел кадастрі, желэлектрстанция конструкциясы және принципиалды сұлбасы.

1. Желдік энергиясы.

Жел энергиясының қорлары планетамыздың барлық өзендерінің гидроэнергиялар қорынан жүз есе асып түседі. Жерде жел әрдайым және барлық жерде соғып тұрады – жазғы күнде тамаша салқындық тудыратын жеңіл (жай) желден, санаусыз борандар мен күйзелістер алып келктін күшті дауылға шейін. Біздің еліміздің кеңістігінде соғатын жел оның электрэнергия барлық қажеттілігін оңай қанағаттандыра алар еді. Климаттық жағдайлар жел энергетикасын үлкен орасан територрияда дамуына мүмкіндік береді. Біздің батыс шекарадан Енисей жағалауларына дейін. Солтүстік Мұзды мұхит жағалауының жанындағы солтүстік аудандары жел энергиясына бай, ол әсіресе осы бай аймақтарда тұратын батыл адамдарға өте қажет. Біздің \ кезде желді қолданушы қозғалтқыштар энергияға әлемдік мұқтаждықтың мыңнан бірін ғана жабады.

2. Геотермалық энергия.

Жердің энергиясы – геотермиалық энергетика жердің табиғи жылуын пайдалану кезінде неізделеді. Жер қабатының жоғары бөлігінің 1 км тереңдікке есептегенде 20–30 °С-ға тең темиялық градиенті және 10 км тереңдікте дейінгі жер қойнауында құралған жылудың мөлшері (бетінің температурасын есептегенде), шамамен 12,6.1026 Дж –ге тең. Бұл қорлар 4,6·1016 т көмірдің жылу құрамына эквивалентті (көмірдің 27,6.109 Дж/т-ға тең орташа жану жулуының қабылдай отырып), ол барлық техникалық және экономикалық түрде алынатын әлемдік көмір ресурстарының жылу құрамынан кем дегенде 10 мың есе асып түседі. Алайда жердің жоғары бөлігіндегі геотермиялық жылу оның негізгі әлемдік энергетика проблеммаларын шешу үшін өте шашратылған. Өнеркәсіп пайдалануға жарамды ресурстары электрлік энергияның немесе жылуды өңдіру мақсатында пайдалануға жеткілікті нақты көлеммен температурадағы өңдеу үшін мүмкін тереңдікте топталған геотермиялық энергиялардың жеке кенорындарын беру.

3. Құйма мен ағыстар энергиясы.

Адамдар ғасырлар бойы теңіз ағыстары мен тасқын себептерін ойлап келді. Қазір біз дәлелді түрде білеміз, ірі табиғат құбылысы – теңіз суларының ритмдік қозғалысын Күн мен Айдың тартылыс күштері тудырады екен. Күн Жерден 400есе ары орналасқандықтан, Айдың өте аза массасы жер суына екі есе күштірек, Күн массасына қарағанда әсер етеді. Сондықтан жауапты рольде тасқын ойнайды, ол Айдан (айдың тасқыны) пайда болады. Теңіз кеңістіктеріндегі тасқындар судың ағуымен теориялы түрде 6 сағ 30с сайын кезектесіп тұрады. Егер Ай, Күн және Жер бір түзуде орналасса, Күн өзінің тартылуын Айдың әсерін күшейтеді, және сонда күшті тасқын басталады. Күн Жер-ай кесіндісіне тік бұрышпен тұрған кезде, әлсіз тасқын басталады.(квадратуралы немесе аз сулы) Кұшті мен жай тасқындар жеті күн сайын кездесіп тұрады.

Алайда тасқын мен ағыстың шын жүруі өте күрделі. Оған аспан денелерінің қозғалу еркшеліктері, жағалау сығының сипаты, су тереңдігі, теңіз ағыстары мен жел әсер етеді.

Ең биік және күшті тасқын толқындары майда немесе тар шығанақтарда немесе теңізбен мұхиттарға құйылатын өзен сағаларында пайда болады. Мұхиттың тасқын толқыны Ганга ағысының қарама-қарсы оның сағасының 250 км қашықтыққа жүреді. Атлант мхитының тасқынды толқыны Амазонка бойымен жоғары 900 км-ға таралады. Жабық теңіздерде, мысалы Қара немесе Жерортаның, биіктігі 50-70 см кіші тасқын толқындары пайда болады.

4.Теңіз ағысының энергиясы.

Мұхиттармен теңіздерде жинақталған теңіз ағыстарының кинетикалық энергиясының таусылмайтын қорларн суға жүктелген құбырдың (атмосфераға «жүутелген» жел диірменіне ұқсас) көмегімен механикалық және электрлі энергияға айналдыруға болады.

Маңызды және өте танымал теңіз ағысы – Гольфстрим. Оның негізгі бөлігі Флорида мен Бигама аралдары арасындағы Флорида бұғазы арқылы өтеді. Ағыстың ені 60 км, тереңдігі 800 м-ге дейін, ал көлденең қимасы 28 км2. Жылдамдығы 0,9 м/с осындай су ағынын алып жүретін Р энергиясын мына формуламен беруге болады [pic] (ватпен), мұнда т–су массасы (кг), р–су тығыздығы (кг/м3), А–сечение (м2), v– жылдамдығы (м/с). Сандарды орнына қойып аламыз [pic].

Егерде біз осы энергияны толығымен пайдалана алғанымызды, ад 1000 МВт-ң 50 ірі электр станция энергияларының соммалы энергиясына эквивалентті. Бірақ бұл сан атза теориялық түрде, ал іс жүзінде пайдалануға тек осы энергия ағыстың 10% -ін ғана есептеуге болады.

Қазіргі уақытта бірқатар елдерде, және бірінші кезекте Англияда, теңіз толқындарының энергиясын пайдалану бойынша жұмыстар жүргізлуде. Британ аралдарында өте ұзын жағалау сызықтары бар, теңіздің көп жерлерінде ұзақ уақыт бойы толқынды болып тұрады. Ғалымдардың бағасы бойынша, теңіз толқындарының энергиясы есебінен ағылшын територриясындағы суларды 120ГВт-қа дейінгі қуатты алуға болар еді, ол Блитандық орталық электроэнергетикалық басқармаға жататын барлық электростанция қуатынан екі есе көп.

Теңіз толқынын пайдалану жобаларының бірі тербелісті су бағаны принципіне негізделген. Түбі жоқ, жоғарыда тесіктері бар алып «қораптардаа » толқын әсерінен су деңгейі бір көтеріліп, бір түседі. Қораптағы су бағанасы поршень түрінде әсер етеді: ауаны сорып алып, оны құбыр қалақтарына жинайды. Мұндағы басты қиыншылық қораптағы ауа мөлшері бар құбырдың жұмыс дөңгелектерінің инерциясын инерция есебінен турбиналы біліктердің тұрақты айналу жылдамдығы теңіз бетіндегі жағдайдың кең диапазонында сақталып қалатындай келісу болып табылады.

5. Күннің энергиясы.

Барлық келтірілген мысалдарда күн энергиясы жанама түрде, көптеген аралық айналымдар арқылы қолданылады. Осы айналымдарды жою мен жерге құлайтын жылу мен жарық сәулелерін тікелей механикалық немесе электрлі энергияға түрлендіру тәсілдерін табу қызықты болар еді. Не бары үш күнде Күн Жерге сонша энергия жібереді, қазба отындарының барлық қорларында қанша энергия болса, ал 1с-1700млрд.Дж. осы энергияның көп бөлігін шашыратады немесе атмосфера жұтып алады. Әсіресе аспандар және оның үштен бір бөлігі ғана жер бетіне жетіп келеді. Күн жіберетін барлық энергия Жер алатын оны бөлігінен 5 млр.есе көп. Бірақ тіпті осындай болмашы шама лаынғанмен бірге барлық қалған қореккөзі беретін энергиядан 1600 есе көп. Бір көлдің бетіне түсетін күн энергиясы ірі электростанция қуатына эквивалентті.

Бүгінде күн сәулесін электр энергиясына түрлендіру үшін біз екі мүмкіншіліктермен қарастырамыз: күн сәулесін электр энергияны дәстүрлі тәсілдермен (мысалы, турбогенератор көмегімен) өңдеп шығарудың отын көзі ретніде пайдалану немесе күн энергиясын күн элементтерінде электр тогына тікелей түрлендіру. Екі мүмкіндікті де іске асыру масштабтарында күн энергиясын айна көмегімен оны концентрацияланған кейін қолданады – заттарды балқыту, суды дистиляциялау, жылыту, қыздыру және т.б. үшін.

Күн сәулесінің энергиясы үлкен аудан да тармақталғандықтан, (басқаша айтсақ,тығыздығы төмен),күн энергиясын пайдаланудың кез-келген қондырғысында жеткілікті бетті жинаушы құрылғысы(коллектор)болуы тиіс.

Мұндай түрдегі қарапайым құрылғы-жалпақ(жазық)коллектор; іс жүзінде бұл төменнен жақсы изолирленген қара плита.Ол шынымен немесе жарықты өткізетін,бірақ инфроқызыл жылу сәулесін өткізбейтін пластмассамен жамылған.

Әйнек арасындағы кеңістікте көбінесе қара құбырларды орналастырады,ол арқылы су,май,сынап,ауа, күкірт ингидриді және т.б.өтеді.Күн сәулесі,айна немесе пластмасса арқылы коллекторға өте отырып, қара құбырмен плитамен жұтылады және құбырлардағы жұмыс затын қыздырады.Жылу сәулесі коллектордан шыға алмайды, сондықтан ондағы температура қоршаған орта температурасына қарағанда едәуір жоғары (200-500°С).Бұл кезде бу эффектісі деген пайда болады. Қарапайым бау парниктері,іс жүзінде, өзінше күн сәулесінің жай коллекторларын береді. Бірақ тропиктен алыс болған сайын, көлденең коллектор соншалықты аз тиімді, ал оны Күннің ізімен бұру өте күрделі және қымбат. Сондықтан мұндай колекторлар, ереже бойынша, нақты тиімді бұрышпен оңтүстік ке қарай орнатылады.

Өте күрделі және қымбат тұратын коллектор ойыс айналар болып табылады, ол түскен сәулелерді шамамен нақты геометриялық нүктесі – фокусқа аз көлемде шоғырлайды. Айнаның шағылысу беті металданған пластмассадан жасалған не үлкен парабалалық негізгі бекітілген көптеген кішкентай жазық айналардан құралған.

Арнайы механизмдердің арқасында мұндай типтегі коллекторлар әрдайым Күнге бұрылып қойылған – бұл мүмкіндігінше үлкен мөлшердегі күн сәулесін жинауға мүмкіндік береді. Айналы коллекторлардың жұмыс кеңістігінде температурасы 3000°С және одан жоғары.

Күн энергетикасы энергия өндірісінің ең көп материал сиымды түріне жатады. Күн энергиясын үлкен масштабты пайдалану өзінен кейін материалдарға тапшылығы зор болады, ал сәйкесінше, шикізатты өндіру оны байыту үшін, гелиостарды, коллекторларды, басқа аппараттарды даярлау, оларды тасымалдау үшін материалдарға тапшылыққа душар болады. Күн энергетикасының көмегімен жылына 1 МВт электр энергиясын өндіру үшін сағатына 10 000-нан 40 000-ға дейін адамдар қажет болады. Дәстүрлі энергетикадағы органикалық отынды бұл көрсеткіш сағатына 200-500 адамды құрайды.

Күн сәулесімен туған электр энергиясы әлі де дәстүрлі тәсілдермен алынғанға қарағанда сонша қымбатқа түседі. Ғалымдар тәжірибелі қондырғылармен станцияларда жүргізетін эксперименттер тек қана техникалық емес, және экономикалық проблемаларды шешіп беретініне сенеді. Бірақ, сонда да, күн энергиясын түрлендіргіш – станциларды құруда және жұмыс істеп жатыр.

7. Сутекті энергетикасы.

Сутегі ең қарапайым және ең жеңіл химиялық элемент, оны тамаша отын түрі деп санауға болады. Ол суы бар жердің барлық жерде бар. Сутегіні жандырған кезде су бөлінеді, оны қайтадан сутегі мен оттегіге айырсаң болады,және де буы процесс қоршаған ортаға еш зиян тигізбейді. Сутегі жалыны атмосфераға кез-келген басқа отын түрлерін жандыратын өнімдерді түзбейді, көмірқышқыл газды, көміртегі тотығы, көмірсутектерді, күл, органикалық перекистер және т. б. Сутегінің жылулық қабілеті жоғары: 1кг сутегіні жандырған кезде-тек 47ДЖ жылу бөлінеді.

Сутегіні табиғи газ сияқты құбырдың бойымен тасымалдауға және үлестіруге болады. Отынды құбырмен тасымалдау-энергияны ұзаққа берудің ең арзан түрі.

Желілеріне қарағанда аз жер алаңын алады. Сонымен қатар құбырлар жердің астынан төселеді, ол ландшафты зақымдамайды. Энергияны газ тәріздес сутегі түрінде диаметрі 750 мм құбыр арқылы 80 км жоғары қашықтыққа беру сол мөлшердегі энергияны жерасты кабелі бойынша айнымалы тоқ түрінде беруге қарағанда арзанға түседі450км-ден үлкен қашықтыққа сутегінің құбырлы тасымалдануы тұрақты ток электр берілісінің әуе желісін пайдалануға қарағанда арзан.

Сутегі-синтетикалық отын. Оны көмірден, мұнайдан, табиғи газдан не суда жаю жолымен алуға болады. Бағамаларға сәйкес, қазір әлемде шамамен жылына 20 млн сутегі өндіріліп, пайдалануда. Бұл мөлшердің жартысы аммиак пен тыңайтқышты өндіруге жұмсалады, ал қалғаны-металлургиядағы азтәрізді отыннан көмірмен басқа отындарды гидрогенизациялау үшін күкіртті жою үшін жұмсалады. Қазіргі экономикада сутегі энергетикалық шикізат емес, химиялық болып қалады.

Қазір сутегіні негізінде (шамамен 80%) мұнайдан өндіреді. Бірақ бұл энергетика үшін үнемсіз процесс, өйткені осындай сутегіден алынған энергия бензинді жаққан кездегі энергияға қарағанда 3,5 есе қымбатқа түседі. Одан бөлек мұндай сутегінің өзіндік құны әрдайым, мұнайдың бағасы өскен сайын өсіп тұрады.

Сутегі көптеген өнеркәсіп саласында химиялық шикізатта бола алады, мысалы тыңайтқыштар мен азық-түлік өндірісінде, металлургия мен мұнай химиясында. Оны жергілікті жылу электрстанцияларныдағы электр энергиясын өндіріп шығару үшін пайдалануға болады.

Негізгі әдебиеттер 5 [379-480]

Қосымша әдебиеттер 2 [232-356]

Бақылау сұрақтары:

1. Қандай жаңартылатын энергия көздері бар?

2. Дәстүрлі емес энергия көздері дегеніміз не?

3. Жанартылатын энергия көздері қалай аталады?

4. Неліктен сутек жаңартылатын энергия көздеріне жатады?

5. Қандай энергия түрі негізгі жаңартылатын энергия көзі болып табылады?

6. Жер шарының жел энергоресурсы?