Поиск новых источников энергии и способов ее экономии как глобальная проблема современности и естественнонаучные аспекты ее решения

      В начале ХХ века интерес к воздушным  винтам и ветроколесам не был обособлен  от общих тенденций времени - использовать ветер, где это только возможно. Первоначально  наибольшее распространение ветроустановки получили в сельском хозяйстве. Воздушный винт использовали для привода судовых механизмов. На всемирно известном “Фраме” он вращал динамомашину. На парусниках ветряки приводили в движение насосы и якорные механизмы.

      В России к началу прошлого века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью миллион киловатт. После 1917 года мельницы остались без хозяев и постепенно разрушились. Правда, делались попытки использовать энергию ветра уже на научной и государственной основе. В 1931 году вблизи Ялты была построена крупнейшая по тем временам ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, а позднее разработан проект агрегата на 5000 кВт. Но реализовать его не удалось, так как Институт ветроэнергетики, занимавшийся этой проблемой, был закрыт.

      В США к 1940 году построили ветроагрегат мощностью в 1250 кВт. К концу войны одна из его лопастей получила повреждение. Ее даже не стали ремонтировать - экономисты подсчитали, что выгодней использовать обычную дизельную электростанцию. Дальнейшие исследования этой установки прекратились.

      Неудавшиеся попытки использовать энергию ветра  в крупномасштабной энергетике сороковых  годов XX века не были случайны. Нефть  оставалась сравнительно дешевой, резко  снизились удельные капитальные  вложения на крупных тепловых электростанциях, освоение гидроэнергии, как тогда казалось, гарантирует и низкие цены и удовлетворительную экологическую чистоту.

      Существенным  недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его  можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Термальная  энергия земли.

 

      Издавна люди знают о стихийных проявлениях  гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Мощность извержения многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится -- нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов. Маленькая европейская страна Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли -- других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников, жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно.

      Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины -- 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт¹¹. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Энергия внутренних вод.

 

      Раньше  всего люди научились использовать энергию рек. Но в золотой век  электричества, произошло возрождение  водяного колеса в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. Преимущества гидроэлектростанций очевидны -- постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам.

      Однако, чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки  плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем началось строительство знаменитой Днепровской. Энергетическая политика нашей страны, привела к тому, что у нас развита система мощных гидроэлектрических станций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Энергоустановка на реке Ранс, состоящая из 24 реверсивных турбогенераторов, и имеющая выходную мощность 240 мегаватт -- одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции. Гидроэлектростанции являются наиболее экономически выгодным источником энергии. Но имеют недостатки -- при транспортировке электроэнергии по линиям электропередач происходят потери до 30% и создаётся экологически опасное электромагнитное излучение. Пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Энергия биомассы.

 
 

      В США в середине 70-х годов группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 12 метров под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли. По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000 га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000 человек".

      К биомассе, кроме водорослей, можно  также отнести и продукты жизнедеятельности домашних животных. Так, 16 января 1998 года в газете “Санкт Петербургские Ведомости” была напечатана статья, под названием “Электричество... из куриного помёта” в которой говорилось о том, что находящаяся в финском городе Тампере дочерняя фирма международного норвежского судостроительного концерна Kvaerner стремится получить поддержку ЕС для сооружения в британском Нортхэмптоне электростанции, действующей... на курином помете. Проект входит в программу EС Thermie, которая предусматривает развитие новых, нетрадиционных, источников энергии и методов сбережения энергетических ресурсов. Комиссия ЕС распределила 13 января 140 млн ЭКЮ среди 134 проектов.

      Спроектированная  финской фирмой силовая установка  будет сжигать в топках 120 тысяч тонн куриного помета в год, вырабатывая 75 млн киловатт-часов энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Способы экономии электроэнергии.

 

   Энергосбережение (экономия энергии) — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное и рациональное использование и экономное расходование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии¹². Энергосбережение — важная задача по сохранению природных ресурсов.

   В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение (энергосбережение в быту), а также  энергосбережение в сфере ЖКХ. Препятствием к его осуществлению является сдерживание роста тарифов для  населения на отдельные виды ресурсов (электроэнергия, газ), отсутствие средств у предприятий ЖКХ на реализацию энергосберегающих программ, низкая доля расчетов по индивидуальным приборам учета и применение нормативов, а также отсутствие массовой бытовой культуры энергосбережения.

   Рассмотрим способы экономии электроэнергии в различных аспектах.

   Наиболее  распространенный способ экономии электроэнергии - оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями  оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

   - максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);

   - повышение отражающей способности (белые стены и потолок);

   - оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);

   - использование осветительных приборов только по необходимости;

   - повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);

   - замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные, компактные люминесцентные, светодиодные);

   - применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);

   - внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО);

   - установка интеллектуальных распределённых систем управления освещением (минимизирующих затраты на электроэнергию для данного объекта).

   Основные  меры, предпринимаемые для снижения электропотребления при пользовании электрообогревом и электроплитами.

   - подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств;

   - оптимальное размещение устройств электрообогрева для снижения времени и требуемой мощности их использования;

   - повышение теплообмена, в том числе очистка от грязи поверхностей устройств электрообогрева и комфорок электроплит;

   - местный (локальный) обогрев, в т.ч. переносными масляными обогревателями, направленный обогрев рефлекторами;

   - использование масляных обогревателей с вентилятором для ускорения теплообмена в квартире;

   - использование устройств регулировки температуры, в т.ч. устройств автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от температуры, временных таймеров;

   - использование тепловых аккумуляторов;

   - замена электрообогрева на обогрев с использованием тепловых насосов;

   - замена электрообогрева на обогрев газом или подключение к централизованному отоплению, в случаях, когда такая замена выгодна с учетом требуемых инвестиций;

   Для холодильных установок и бытовых  холодильников основными способами  снижения потребления электроэнергии являются:

   - оптимальный подбор мощности холодильной установки;

   - качественная изоляция корпуса (стенок), двери холодильной установки, холодильника, прозрачная крышка в холодильнике для продуктов, с качественной изоляцией;

   - приобретение современных энергосберегающих холодильников;

   - не допускать образования наледи, инея в холодильнике, вовремя размораживать;

   - не рекомендуется помещать в холодильную установку (холодильник) материалы и продукты, имеющие температуру выше температуры окружающей среды - их необходимо максимально охладить на воздухе;

   - качественный отвод тепла - не рекомендуется ставить бытовой холодильник к батарее или рядом с газовой плитой.

   Для кондиционеров:

   - необходимо корректно подбирать мощность и место установки кондиционера, исходя из объема помещения, количества и расположения человек, присутствующих в помещении и др. характеристик;

   - при кондиционировании окна и двери должны быть закрыты - иначе кондиционер будет охлаждать улицу или коридор;

   - чистить фильтр, не допускать его сильного загрязнения;

   - необходимо настроить режим автоматического поддержания оптимальной температуры, не охлаждая, по возможности, комнату ниже 20-22 градусов;

   - необходимо следить за тем, чтобы отключать кондиционер на ночь.

   При выборе новой аудио, видео, компьютерной и др. техники необходимо отдавать предпочтение, при прочих равных характеристиках, устройству с меньшим энергопотреблением, как в рабочем режиме, так и в дежурном режиме (большинство современных бытовых устройств потребляют электроэнергию даже в выключенном состоянии, т.к. не выключаются полностью, а переводятся в дежурный режим "stand-by/off");