Альтернативные источники энергии

По причине высокого количества выбросов углекислого газа в атмосферу и последующих за этим необратимых последствий, человечество пытается найти наиболее удобный, дешевый, экологически чистый и эффективный способ получения энергии. Для этого каждый год производятся десятки различных видов станций и генераторов, таких как: ветряные станции, гидротермальные станции, геотермальные станции и т.д. Разберем каждый из них подробнее. Наиболее распространенными являются: ГЭС (гидроэлектростанция), АЭС (атомная электростанция) и солнечные батареи.

Думаю, начать стоит с солнечных батарей, потому что они являются более массовым и почти единственным источником альтернативной энергии для простых людей. Первыми в мире о создании солнечных батарей на основе кремния, заявили специалисты компании “Bell Laboratories” 25 апреля 1954 года, а уже через несколько лет, 17 марта 1958 года, в США был запущен спутник с использованием солнечных батарей - “Авангард - 1”, а 15 мая 1958 года в СССР также был запущен спутник - “Спутник-3”, на который были установлены солнечные батареи. На данный момент ведущими странами по потреблению энергии от солнечных батарей являются: ⦁ Германия 25.5% ⦁ Китай 14.3% ⦁ Италия 12.5% ⦁ Япония 9.7% ⦁ США 8.7%

Главными преимуществами солнечных батарей являются простота установки, их можно установить практически где угодно, также они имеют большой срок службы (более 20 лет). Однако они имеют несколько серьезных недостатков, одним из которых является низкий КПД (от 10% до 20%), который при непогоде может очень сильно упасть. А для того чтобы была возможность использовать электроэнергию ночью, придется установить аккумуляторы для накопления солнечной энергии в дневное время. Но главным недостатком солнечных панелей является трудность их утилизации. Несмотря на то, что большая часть материалов, из которых состоит солнечная батарея может быть использована повторно, такие как: стекло и пластик, сложность заключается в разделении этих материалов, из-за чего данный процесс становится трудным и дорогостоящим.

Далее рассмотрим ГЭС. ГЭС - это электростанция, использующая в качестве источника энергии движение водных масс в русловых и приливных движениях. В 1878 году заработала “Первая в мире ГЭС”, разработанная английским изобретателем Уильямом Джорджем Армстронгом в Нортумберленде, Англия. И она была предназначена для питания одной единственной дуговой лампы в картинной галерее изобретателя. В 1881 году начала производить электричество электростанция под названием: “№1 Choelkopf”, возле Ниагарского водопада в США. А первая гидроэлектростанция Эдисона начала работать 30 сентября 1882 в целях освещения “Vulkan street”, в городе Аплтон, штат Висконсин, США, и она выдавала мощность приблизительно 12.5 киловатт. Крупнейшие ГЭС на данный момент в мире:1) “Три ущелья” (Китай)2) “Итайпу” (Бразилия и Парагвай)3) “Силоду” (Китай)4) “Гури” (Венесуэла)

Углубимся в процесс работы. Вода из водохранилища поступает в водоприемник, откуда за счет напорного водоворота устремляется прямиком на лопасти турбины, которая за счет потока воды приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество.

Главным преимуществом ГЭС является высокий КПД (85-90%). Однако ГЭС имеет следующие недостатки:⦁ Большие водохранилища заполняют участки земли, которые можно использовать в других целях;⦁ Неэффективны в равнинных районах;⦁ Разрушение или авария могут вызвать наводнение ниже по течению реки.Таким образом количество мест, где можно расположить ГЭС весьма ограничено

Рассмотрим ТЭС. ТЭС - это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в процессе горения в тепловую, а затем в механическую, вращением вала электрогенератора. В качестве топлива широко используются различные горючие ископаемые, такие как: уголь, природный газ (метан, пропан), нефть, торф, спиртовые отходы. Первая в мире общественная угольная ТЭС заработала 12 января 1882 года в Лондоне. Она носила название осветительной станции Томаса Эдисона.

Достоинствами ТЭС являются:⦁ Топливо, которое используется для воспроизведения электроэнергии является достаточно дешевым;⦁ Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива, т. к. топливо можно транспортироваться железнодорожным или автомобильным транспортом;⦁ Занимают меньшую площадь по сравнению с другими станциями;⦁ Требуют меньше капиталовложений по сравнению с другими электростанциями.Недостатками ТЭС являются:1) Более высокие расходы на эксплуатацию по сравнению с другими станциями по выработке электричества;2) Загрязняют атмосферу, выбрасывают большое количество дыма и копоти в воздух.Таким образом ТЭС удобны для установки и эксплуатации, но они очень вредны для окружающей среды.

Далее рассмотрим АЭС. АЭС - это ядерная установка для производства энергии, для чего используется ядерных реактор и комплекс необходимых систем, оборудования и сооружений. Первая в мире АЭС была создана в Советском Союзе в рамках программы развития мирного атома, инициированной в 1948 году по инициативе академика Игоря Васильевича Курчатова. Принцип работы АЭС схож с работой ТЭС, однако для получения пара используется ядерная реакция, а не сжигание природного газа. КПД у данного источника энергии немного больше, чем у ТЭС и равняется 40-44%.

Достоинствами АЭС являются:⦁ Высокая мощность;⦁ Низкая себестоимость энергии;⦁ Небольшой объем топлива и возможность его повторного использования после переработки.Недостатками АЭС являются:⦁ Облученное топливо опасно, оно требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;⦁ В случае аварии будет нанесен непоправимый ущерб окружающей среде, несмотря на то, что это маловероятно.По причине данных недостатков АЭС строятся в очень малых количествах, несмотря на свою энергоэффективность, дешевизну энергии и высокой мощности они остаются очень опасными из-за радиоактивного топлива, которое при неправильном хранении может нанести непоправимый ущерб окружающей среде.

Рассмотрим ветряные электростанции (ВЭС). ВЭС - это сеть объединенных между собой ветряных электростанций, получающих энергию за счет набегающих потоков воздуха. Первая электростанция англичанина Блита диаметром 9 метром - была построена в 1887 на его даче. Блит предложил избыточную энергию со своей станции жителям Мэрикирка для освещения главное улицы, но получил отказ, так как те считали, что электроэнергия - это работа “Дьявола”. Первая автоматически управляемая ветровая установка Чарльза Браша появилась в 1888 году и имела диаметр ротора 17 метров

Достоинствами ВЭС являются:⦁ Построенную крупную ветряную турбину сравнительно легко и дешево обслуживать.⦁ ВЭС способны снизить зависимость от природного топлива, гидроресурсов и атомных реакторов для производства электричества.⦁ Крупные ветряные турбины можно широко расположить на местности. Это позволяет разнести источники электроэнергии по регионам и помочь созданию нечувствительной к сбоям системы электроснабжения (защищенной от катастрофических сбоев и терактов).⦁ Ветроэнергетика может использоваться как дополнительный источник энергии наряду с иными способами производства электричества. Это диверсифицирует систему электроснабжения страны.Недостатками ВЭС являются:1) Ветер — неустойчивый источник энергии. Его показатель производительности ниже, чем у подавляющего большинства других источников энергии (В районах, где ветер дует редко и не обладает большими скоростями, строить ВЭУ вообще нецелесообразно.).2) Гроза, ураган или снежный буран могут повредить или разрушить крупную ветряную турбину.3) Ветряные турбины производят шум. Однако даже на небольшом расстоянии от башни шум, производимый лопастями и турбиной, редко бывает слышнее, чем шум ветра.Таким образом ВЭС являются хорошим вариантом для установки в степях и горах, так как там очень много ветряных масс. Но если же установить их в местах с малым количеством ветра, то эффективность ВЭС будет снижаться катастрофически быстро.

В мире не существует идеального альтернативного источника энергии, который не выбрасывал вредных веществ в окружающую среду и не имел бы проблем с утилизацией в случае подхода к концу срока эксплуатации. Солнечные панели подойдут для людей, которые живут в месте с большим количеством солнечных дней, однако для их установки им потребуется вложить много денег. ГЭС имеет наибольший КПД, однако количество мест, где она может быть установлена ограничено. АЭС имеет большую мощность, однако существует небольшая вероятность аварии, которая может привести к экологической катастрофе. ВЭС имеет хороший КПД, но лишь если есть сильный ветер, однако ВЭС изменяют потоки ветряных масс из-за чего страдает окружающая среда.С учетом того, что мощность потребляемой энергии каждый год растет, только АЭС могут удовлетворить спрос. Также в будущем их могут заменить более мощные термоядерные электростанции, но сейчас человечество пока только учится контролировать термоядерный синтез и когда будут построены первые термоядерные электростанции - неизвестно.