Скільки людям потрібно енергії

Прогноз зростання потреби в енергії найчастіше пов'язують із зростанням чисельності населення Землі. При цьому припускають, що на кожного жителя рівень отриманої енергії також збільшуватиметься. 15 липня 1987 року чисельність населення Землі перейшла 5-мільярдний рубіж. Зараз населення землі - близько 6 млрд. чоловік. У таблиці 2.1 приведена наближена оцінка частки окремих джерел енергії в різні періоди розвитку людства.

Таблиця 2.1 - Частка окремих джерел енергії (%)

Період	Мускульна енергія	Органічні речовини	Деревина	Вугілля	Нафта	Природний газ	Водна енергія	Атомна енергія
500 тис. р. до н.е.	100	–	–	–	–	–	–	–
2000 р. до н.е.	70	25	5	–	–	–	–	–
Близько 1500 р. н.е.	10	20	70	–	–	–	–	–
1910 р.	–	16	16	65	3	–	–	–
1935 р.	–	13	7	55	15	3	5	–
1972 р.	–	–	10	32	34	18	5	1
1990 р.	–	–	1	20	33	26	4	16
2010	70						10	20

Світ наповнений енергією, яка може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходитися і знаходиться в людях і тваринах, в каменях і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, в річках і озерах, а ми, у свою чергу, розглянемо способи витягання цієї енергії і її перетворення.

Заняття №3

2.2 Альтернативні джерела енергії. Енергія вітру

Ми живемо на дні повітряного океану, в світі вітрів. Люди давно це зрозуміли, спостерегали за вітрами ще в Стародавній Греції. Вже в III ст. до н.е. було відомо, що вітер приносить ту або іншу погоду. Правда, греки визначали тільки напрям вітру. У Афінах близько 100 р. до н.е. побудували так звану Башту вітрів з укріпленою на ній «розою вітрів». У Японії і Китаї також були відомі рози вітрів: виготовлені у вигляді драконів, вони указували напрям вітру.

Запаси енергії вітру більш ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Чому ж таке доступне та екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? Двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії.

Проте не вся енергія повітряного потоку може бути використана навіть за допомогою ідеального пристрою. На практиці, згідно з опублікованими даними, максимальний ККД енергії вітру в реальному вітроагрегаті дорівнює приблизно 50 %, проте і цей показник досягається не при всіх швидкостях, а тільки при оптимальній швидкості, передбаченій проектом. Крім того, частина енергії повітряного потоку втрачається при перетворенні механічної енергії в електричну, яке здійснюється з ККД зазвичай 75–95 %. Враховуючи всі ці чинники, питома електрична потужність, що видається реальним вітроенергетичним агрегатом, складає близько 30–40 % потужності повітряного потоку за умови, що цей агрегат працює стійко в діапазоні швидкостей, передбачених проектом. Проте іноді вітер має швидкість, що виходить за межі розрахункових швидкостей. Якщо швидкість вітру перевищує номінальну робочу швидкість, частина добутої механічної енергії вітру не використовується, з тим щоб не перевищувати номінальної електричної потужності генератора. Споруджуються вітроелектричні станції переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить в рух динамо-машину – генератор електричного струму, який одночасно заряджає паралельно з’єднанні акумулятори. Акумуляторна батарея автоматично підключається до генератора в той момент, коли напруга на його вихідних клемах стає більше, ніж на клемах батареї, і також автоматично відключається при протилежному співвідношенні.

Вітряна електростанція складається зі щогли, на верхівці якої розміщено контейнер, в якому стоїть редуктор з генератором. Контейнер шукає напрямок вітру і проварачується,щоб знайти вірний напрямок, а до вісі редуктора вітряного генератора приєднані лопаті.

Рис. 2.1-

Сьогодні вітроелектричні агрегати надійно забезпечують струмом нафтовиків; вони успішно працюють в труднодоступних районах, на дальніх островах, в Арктиці, де немає поблизу електростанцій загального користування. Широкому застосуванню перешкоджає їх висока собівартість. Зараз створені найрізноманітніші прототипи вітродвигунів з електрогенераторами. Одні з них схожі на звичайну дитячу вертушку, інші – на велосипедне колесо з алюмінієвими лопатями замість спиць. У проектуванні установки найважча проблема полягала в тому, щоб при різній силі вітру забезпечити однакове число оборотів пропелера. Адже при підключенні до мережі генератор повинен давати не просто яку-небудь електричну енергію, а тільки змінний струм із заданим числом циклів в секунду, тобто із стандартною частотою 60 Гц.

При використанні вітру виникає серйозна проблема: надлишок енергії в легковажну погоду і недолік її в періоди безвітряя. Як же накопичувати і зберегти про запас енергію вітру? Простий спосіб полягає в тому, що вітряне колесо рухає насос, який накачує воду в розташований вище резервуар, а потім вода, стікаючи з нього, приводить в дію водяну турбіну і генератор постійного або змінного струму. Існують і інші способи і проекти. Особливо перспективним представляється останній спосіб. Електричний струм від ветроагрегата розкладає воду на кисень і водень. Водень можна зберігати в зрідженому вигляді і спалювати в топках теплових електростанцій у міру потреби.