2. Гидроэнергетика (гэ)

ГЭ использует энергию напора падающей или текущей воды, превращая при этом механическую энергию в электрическую. Доля ГЭС в мировом производстве неизменно снижается с 80-х годов ХХ века, когда она была равна 20 %. Но в ряде стран она занимает ведущее место: Норвегия – около 100 %, в Бразилии, Канаде, Швеции – более 50 %, в КР – более 80 %.

1. Гидроэлектростанции (ГЭС), строятся на реках. Что имеет массу как положительных, так и отрицательных последствий.

+ использование возобновляемых ресурсов

+ экономия топливных ресурсов (а также средств на их добычу, доставку)

+ обслуживающего персонала в 15 – 20 раз меньше, чем на ТЭС

+ КПД > 80 %

+ себестоимость электроэнергии в 5 – 6 раз ниже, чем на ТЭС

+ возможность регулирования стока воды

+ орошение полей (ирригационное значение)

+ защита прилегающих территорий от наводнений катастрофического характера

+ улучшаются условия судоходства (шлюзы, углубляется фарватер, затопляются пороги)

+ возможность разведения озерных пород рыб

+ рекреационное значение (возможности для развития массового отдыха)

• жесткая привязанность к рекам

• затопление земель (высокопродуктивных лугов, лесных массивов, населенных пунктов), особенно

велико на равнинных реках

• снижение скорости течения реки, замедление водообмена и самоочищения

• подтопление берегов, заболачивание, оползневые процессы

• изменение микроклимата окружающей территории

• сокращение стада ценных промысловых рыб

• повышение сейсмической активности в некоторых районах вследствие меняющегося уровня давления

воды на литосферу

• развитие сине-зеленых водорослей

2. Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) строятся лишь в крупных промышленных районах.

+ снижают проблему энергетического голода в дневное время суток

+ минимальный вред окружающей среде, т.к. строятся на искусственных водоёмах

+ экономически обоснованы

• но экономически невыгодны (убыточны), т.к. потребляют электроэнергии больше, чем производят

3. Приливные электростанции по сути относятся к гидроэнергетике, но используют возобновляемые источники энергии, поэтому правильнее их рассматривать в разделе «Альтернативная энергетика».

Альтернативная энергетика

К альтернативным источникам энергии относятся нетрадиционные возобновляемые источники:

1. Солнечная энергия 4. Геотермальная энергия

2. Энергия ветра 5. Энергия биомассы

3. Энергия приливов и др.

1. Солнечная энергия использовалась человеком издавна (душ, сушка,… витамин Д). В 1904 году появился первый солнечный преобразователь. Первые фотоэлектрические элементы появились в 50-х годах ХХ века, однако мощность их была невелика, а себестоимость произведенной ими электроэнергии неимоверна высока. Поэтому единственным потребителем солнечных элементов были производители игрушек и радиоприемников, которые использовали их, чтобы приводить в движение миниатюрные модели корабликов и самолетов, питать маленькие пляжные транзисторы, а позже – калькуляторы. В 60-х годах они получили широкое применение на космических спутниках. В 70-х годах солнечные батареи начали широко применяться в США на маяках береговой охраны, железнодорожных переездах, а в Австралии - на телевизионных и телефонных ретрансляторах. В 80-е годы Франция устанавливает солнечные модули в Сахаре, во Французской Полинезии (Океания). Этот опыт перенимается другими странами Африки и Центральной Америки. В 90-е годы солнечные батареи стали лучше (мощнее) и дешевле.

В СССР 1-я гелиоЭС (СЭС) была введена в 1985 году в Крыму – СЭС-5 (мощностью 5 тыс. кВт).

Сейчас гелиоэнергетические программы приняты более чем в 70 странах мира, лидерами являются США, Япония, Франция, Алжир. В Израиле правительство издало постановление об оснащении каждого дома солнечно-энергетической установкой (уже 2/3 израильтян пользуется «солнечной» горячей водой).

Наиболее распространены СЭС двух типов – 1) на фотоэлектрических элементах; 2) солнечно-газовые электростанции, которые зимой и ночью дают энергию за счёт газа, а днём и летом – за счёт Солнца. На солнечно-газовой электростанции используется система параболо-цилиндрических длинных отражателей в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем – дифенилом, нагреваемым до 350°С. Желоб поворачивается для слежения за солнцем, фокусируя солнечные лучи на трубе.

- / + + Солнечные элементы – одновременно наиболее сложная и наиболее простая солнечная технология, самый экологически чистый из всех источников энергии имеющихся на данный момент.

2. Ветровая энергия также используется человеком издавна (парусный флот, мельницы – только в России до революции их было около 250 000). Для нормальной работы ВЭС требуется скорость ветра 4 – 5 м/с, а наибольшей эффективности установки достигают при ветре в 6 – 9 м/с. В мире сейчас работает более 30 тысяч ветроустановок разной мощности. Размещать ВЭС выгодно и удобно в областях гор и пустынь, здесь лидерами являются США (чаще крупные ВЭС) и Австралия (небольшие ВЭС на отдаленных фермах). В Западной Европе ветровые установки размещают на прибрежном мелководье и на крышах домов. Здесь лидерами по производству ветроэлектроэнергии являются Германия (10% от всей электроэнергии), Дания, Франция, Великобритания, Бельгия, Нидерланды.

Разработаны и действуют так называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный “циклон”, который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей и обычных ветряков.

• ВЭС не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Однако в сравнении с традиционными ЭС – это несущественный вред экологии.

3. Энергия приливов. ПЭС используют энергию напора, который создается между морем и отсеченным от него заливом. Часть залива отгораживается плотиной. Во время прилива залив наполняется, вращая турбины, а во время отлива происходит обратный процесс, сопровождающийся также выработкой турбинами электроэнергии. Наиболее выгодно использовать для строительства ПЭС длинные, узкие и неглубокие заливы, где высота приливов наиболее высока. Приливная волна достигает 17-18 м в заливе Фанди, 15 м – в проливе Ла-Манш, 13м – в Охотском море (Пенжинская губа на Камчатке), 10 м – в Белом море. ПЭС можно строить и в местах, где приливы достигают и 1-2 метров.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8,4 м. Существуют также проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м.

Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн миллиардов киловатт-часов в год. Для сравнения: это примерно столько же энергии, сколько может дать использование в энергетических целях разведанных запасов каменного и бурого угля, вместе взятых.

+ полностью отсутствует затопление территории

+ возобновляемость

+ экономия топливных ресурсов

+ минимальный вред окружающей среде (немного страдают обитатели моря)

4. Геотермальная энергия. ГеоТЭС используют глубинную энергию Земли.

В СССР первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки (в долине реки Паужетки). В 1980 г. ее мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (Калифорния, Долина Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии, Мексики и Японии. Столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников.

Наиболее широкое применение геотермальная энергия получила в целях санаторно-курортного лечения, отопления домов и теплиц.

+ дешевизна

+ возобновляемость

+ экономия топливных ресурсов

+ экологическая чистота

• жёсткая привязанность к источникам

• недостаточное развитие технологий

5. Энергия биомассы. Сырьё: отходы животноводства, древесные отходы (опилки, ветки, листья), трава, отходы растениеводства, отходы пищевой промышленности (виноделие, сахарный тростник и т.п.), пищевые отходы, отфильтрованная субстанция канализационных отходов,…

При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения ) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, пищеприготовления, выработки электроэнергии и пр. Кстати, в конце процесса остаётся сухой остаток - являющийся прекрасным удобрением для полей. Много идей посвящено выращиванию быстрорастущих водорослей и загрузке их в такие же биореакторы, а также подобному использованию других органических отходов ( стеблей кукурузы, тростника и пр).

Крупные установки имеются в США, Германии, Бразилии. Большое распространение в некоторых странах (Китай, Индия и др.) получили малые установки, утилизирующие отходы одной семьи (в Китае этих установок уже более 40 млн.).

+ экономия топливных ресурсов

+ кроме всего прочего решается проблема огромных масс отходов

+ удобно использовать в сельских районах, куда тянуть газопровод экономически невыгодно, а сырья здесь, как правило, – немеренно.

+ решается проблема с удобрениями (через 2-3 недели – прекрасное органическое удобрение)