Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России

Со держание Введе ние 1 Понятие и основные виды а л ьтернативной энергии 1.1 Геотермальная энергия (тепло земли) 1.2 Энергия солнца 1.3 Энергия ветра 1.4 Энергия в оды 1.5 Энергия волн 1.6 Энергия течений 2 . Состояние и перспективы развития альте рнативной энергетики в России Закл ючение Список используемых источников Введение Не зря говорят: «Э нергетика - хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и тех ника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное поня тие - «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно пр о мышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определен или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот п очему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно м ожно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря - о бога т стве любого государства. В природе запасы энергии огромны. Ее несут солнечные лучи, ветры и движ у щиеся массы воды, она хран ится в древесине, залежах газа, нефти, каменного угля. Практически безгра нична энергия, «запечатанная» в ядрах атомов вещества. Но не все ее формы пригодны для прямого использования. За долгую историю энергетики накопилось много технических средств и сп ос о бов добывания энергии и преобразования ее в нужные людям формы. Собственно, и человек-то стал че ловеком только тогда, когда научился получать и использовать те п ловую энергию. Огонь костров за жгли первые люди, еще не понимавшие его природы, однако этот способ преоб разования химической энергии в тепловую сохраняется и с о вершенствуется уже на протяжении т ысячелетий. К энергии собстве нных мускулов и огня люди добавили мускульную энергию животных. Они изоб рели технику для удаления химически связанной воды из глины с помощью те пловой энергии огня - гончарные печи, в которых получали прочные к е рамические изделия. Конечно, пр оцессы, происходящие при этом, человек познал только тысячелетия спустя. Потом люди придумали мельницы - технику для преобразования энергии ветр я ных потоков и ветра в мех аническую энергии вращающегося вала. Но только с изобр е тением паровой машины, двигателя в нутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрич еских генератора и двигателя, человечество получило в свое распоряжени е достаточно мощные технические устройства. Они способны преобраз о вать природную энергию в ины е ее виды, удобные для применения и получения бол ь ших количеств работы. Поиск новых и сточников энергии на этом не завершился: были изобретены аккумуляторы, т опливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и - уже в середине ХХ столетия - атомные реакторы. Проблема обеспечения электрич еской энергией мног их отраслей мирового х о зяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущн ой. Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектр о стан ции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, неф ти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресур сы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагаю т собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В п роцессе производства эле к троэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосф еру. Причем если топливом служит уголь, особенно бурый, малоценный для др угого вида использования и с большим содержанием ненужных примесей, выб росы достигают колоссальных размеров. И, наконец, аварии на ТЭС наносят б ольшой ущерб природе, сопоставимый с вредом любого крупного пожара. В ху дшем случае такой пожар может сопрово ж даться взрывом с образованием облака угольной пыли или са жи. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах использу ются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. А какой вред причиняют пр ироде гидроэлектростанции! В ы бросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде на носит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. На реках, где построены гидроэлектростанции, осо бенно если их несколько – так называемые каскады ГЭС, - резко меняется ко личество воды до и после плотин. На равнинных реках разливаются огромные водохранилища, и затопленные земли безвозвратно потеряны для сельског о хозяйства, лесов, лугов и расселения людей. Что касается аварий на ГЭС, т о в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волн а, которая сметет все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинс т во таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанц ий (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологи чески чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогост оящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же ст роительство и эксплу а тац ия АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие стран ы сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дал ьнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения ок ружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной эне ргетике. Все чаще звучат пр и зывы, требующие отказаться от использования ядерного топлив а вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производст ву электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возо бновимые – малые, или «нетрадиционные», - виды получения энергии. К после дним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в в оде, воздухе и земле. 1. О сновные виды Ал ьтернативной энергии 1.1 Гео термальная энергия (тепло земли) Геотермальная энергия - в дос ловном переводе значит : земли тепловая энергия. Объём Земли составляет примерно 1085 млрд.куб.км и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры , имеет оче нь высокую температуру. Если учесть ещё и теплоемкост ь пород Земли, то станет ясно, что геотермальная теп лота представляет собой, несомненно, самый крупный источни к энергии, которым в настоящее время располагает человек. Причём это энергия в чистом виде, так как она уже существует как теплота, и поэтому для её получения не требуется с жигать топливо или создавать реакторы. В некоторых район ах природа доставляет геотермальную энергию к поверхности в виде пара и ли перегретой воды, вскипающей и переходящей в пар при выходе на поверхн ость. Природный пар можно непо средственно использовать для производства электроэнергии. Имеются также районы, где геотермальным и водами из источников и скважин можно обогревать жилища и теплицы ( остр овное государство на севере Атлантического океана -Исландия; и наши Камчатка и К урилы) . Однако в целом, особенно с учётом величины глубинно го тепла Земли, использование геотермальной энергии в мире крайне огран ичено. Для производства электроэнергии с помощью геотерм ального пара от этого пара отделяют твёрдые частицы, пропуская его через сепаратор и затем направляют его в турбину. "Стоимость топлива" такой электростанции определяется ка питальными затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и яв ляется относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом также невелика, так к ак последняя не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы. В таком удобном естественном виде ге отермальная энергия является экономически выгодным источником электрической энергии. К сожалению, на Земле редко встречаются поверхностные выходы природного пара или перегретых ( то есть, с темпера турой гораздо выше 100 o С ) вод, вс кипающих с образованием достаточного кол-ва пара. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глуби не до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т ус л. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органическо го топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трл н. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рент абельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именн о из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создан ия в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, м ы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энерги и. Геотермальная эн ергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В 1994 г . в мире работало 330 блоков таких станций и здесь доминировали США (168 бло ков на «месторождениях» Гейзере в долине гейзеров, Империал Вэлли и др.). В торое место занимала. Италия, но в последние годы ее обогнали КНР и Мексик а. Самая большая доля используемой геотермальной энергии приходится на страны Латинской Америки, но и она составляет немного более 1%. В России перспективными в этом смысле районами являются Камчатка и Кури льские острова. С 60-х годов на Камчатке успешно работает полностью автома тизированная Паужетская ГеоТЭС мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, а на Камчатке и Курилах она о чень высока в силу дальности перевозок топлива и отсутствия железных до рог. 1.2 Энергия солнца Общее количество солнечной энергии, достигающее п оверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органичес кого топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью по крыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Сев. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизи тельно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов н ефти, газа, угля и урана. И в России наибольший теоретический потенциал, бо лее 2000 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), имеет солнечная энергия . Несмотр я на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вк лад возобновляемых источников энергии на 200 5 г определен в оч ень малом объеме - 1 7 - 21 млн. т у.т. Существует широко распространен ное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическ ое использование-дело отдаленног о будущего (посл е 2020г). В данной работе я покаж у , что это не так и что солнечная энергия является с ерьезной альтернативой традиционной энергетике уж е в настоящее время. Известно, что каждый год в мире потребляется столь ко нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн.лет. Гигантск ие темпы потребления не возо бновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, которые не отра жают реальные совокупные затраты общества, по существу означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна эне ргия по такой низкой цене. Э нергосберегающие технологии для солнечного дома являют ся наиболее приемлемыми по экономической эффективности их использован ия. Их применение позволит снизить энергопотребление в домах до 60% . В качестве примера успешно го применения этих технологий можно отметить проект "2000 солнечных крыш" в Ге рмании . В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт у становлены в 1,5 млн. домов . При КПД солнечной электростанции (СЭС) 12% все соврем енное потребление электроэнергии в России может быть получено от СЭС ак тивной площадью около 4000 кв.м, что сост авляет 0.024% терр итории. Наиболее практическое применение в мире получили гибридные солнечно-топливные электростанции с параметрами: КПД 13,9%, темпе ратура пара 371 гр.С , давление пара 100 бар, стоимость вырабатываемой электро энергии 0,08-0,12 долл/кВт.ч, суммарная мощность в США 400 МВт при стоимости 3 долл/Вт . СЭС работает в пиков ом режиме при отпускной цене за 1 кВт.ч электроэнергии в энергосистеме: с 8 до 12 час.-0,066 долл. и с 12 до 18 час.- 0,353 долл. . КПД СЭС может быть увеличен до 23% - среднего КПД системных элек тростанций, а стоимость электроэнергии снижена за счет комбинированно й выработки элект рической энергии и тепла. Основным технологическим достижением этого прое кта является создание Германской фирмой Flachglass Solartechnik GMBH технологии производст ва стеклянного параболоцилиндрического концентратора длиной 100 м с апертурой 5,76 м, оптическим КПД 81% и ресурсом работы 30 лет . При наличии такой технолог ии зеркал в России целесообразно массовое производство СЭС в южных райо нах, где имеются газопроводы или небольшие месторождения газа и прямая с олнечная радиация пр евышает 50% от суммарной. Принципиально новые типы солнечных концентратов, использующие технологию голографии, предложены ВИЭСХом. Его главные характеристики - сочета ние положительных качеств солнечных электростанций с центральным прие мником модульного типа и возможность использования в качестве приемни ка как традиционных паронагревателей, так и солнечных эле ментов на основе кремния. Одной из наиболее перспективных технологий солне чной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечн ыми элементами на основе кремния, которые преобразуют в электрическую э нергию прямую и рассеянную составляющие солнечной радиации с КПД 12-15%. Лаб орат орные образцы имеют КПД 23% . Мировое производство солнечных элементов превышает 50 МВт в год и увели чивается ежегодно на 30%. Современный уровень производства солнечных элементов соот ветствует начальной фазе их использова ния для осв ещения, подъема воды , телекоммуникационных станци й, питания бытовых приборов в отдельных районах и в транспортных средств ах. Стоимость солнечных элементов составляет 2,5-3 долл/Вт при стоимости эл ектроэнергии 0,25-0 ,56 долл/кВт.ч . С олнечные энергосистемы заменяют керосиновые лампы, свечи, сухие элемен ты и аккумуляторы, а при значительном удалении от энергосистемы и малой мощности нагрузки - дизельные электрогенератор ы и линии электропередач . 1.3 Эне ргия ветра Уже очень давно, видя, какие разрушения могут прино сить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра. Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружат ь древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад. В дальнейшем ветряные мельницы сов ершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например в Голландии. Первый электрогенератор был ск онструирован в Дании в 1890 г. Через 20 ле т в стране работали уже сотни подобных установок. Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологич еской организации, составляют 170 трлн кВт·ч в год. Эту энергию можно получ ать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недо статка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломают ветряки. Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работ ающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектроста нция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна зан имать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они ме шают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися л опастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах. Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются з а счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогене ратору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получает ся, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейк ах, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования эл ектрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электр ический ток. Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопаст ные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже о дной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, нап оминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие «вс тавшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачива ться по ветру. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ве треные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространств е и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на дру гом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не з агораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на п рибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер ус тойчивее, чем на суше. Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в с истему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также возд ушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вод а поднимается на определенную высоту, а, падая вниз , вращает турбину). Ставят также электролизные акку муляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топлив ном элементе (т.е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращает ся в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без р езких колебаний напряжения, связанного с капризами ветра. Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности. Ге рмания получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе в етер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного электрич ества падает. Так, в 1993 г. во Франции се бестоимость 1 кВт·ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равняла сь 40 сантимам, а к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходитс я всего в 12 сантимов за 1 кВт·ч. 1.4 Энергия воды Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, в падающих в море. Древние греки объясняли колебание уровня воды волей пов елителя морей Посейдона. В XVIII в. ан г лийский ф изик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные ма ссы воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин прилив сменяется отливом. Максимальная ампл итуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет о т 4 до 20 м. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропу скные о т верстия и установ лены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни вод ы в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий з а крываются. С наступлением от лива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточн ым, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а в ода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообра з ным строительство ПЭС в р айонах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера пр илива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бас сейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают п ри движении воды из моря в бассейн и обратно. ПЭС двустороннего действия способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с переры вами в 1-2 ч четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин сущес твуют более сложные сх е мы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таки х пр о ектов весьма высока. Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в Ла-Манш, где средняя амплитуда прил и вов составляет 8,4 м. 24 гидр оагрегата ПЭС вырабатывают в среднем за год 502 млн. кВт. час электроэнерги и. Для этой станции разработан приливный капсульный агр е гат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как ген е ратор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эк с плуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС на реке Ранс эконо мически оправд а на, годовы е издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений. Электростанция входит в энергосистему Франции и э ф фективно используетс я. В 1968 г. на Баренцевом море, недалеко о т Мурманска, вступила в строй опы т но-промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт. Место ее строит ельства – Кислая Губа представляет собой узкий залив шириной 150 м и длиной 450 м. Хотя мощность Кислогубской ПЭС невелика, ее сооружение имело важ ное значение для дальнейших исследовательских и проектно-конструкторс ких работ в области использования энергии приливов. Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенск ая) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7- 10 м. Планир у ется использовать также огромный потенциал Охотского моря, г де местами, например на Пенжинской губе, высота приливов составляет 12,9 м, а в Гижигинской губе – 12- 14 м. Работы в этой области ведутся и за рубежом. В 1985 г. пущена в эксплуатацию ПЭС в заливе Фанди в Канаде мощност ью 20 МВт (амплитуда приливов здесь соста в ляет 19,6 м). В Китае пост роены три приливные электростанции небольшой мощности. В Великобритан ии разрабатывается проект ПЭС мощностью 1000 МВт в устье реки Северн, где ср едняя амплитуда приливов составляет 16,3 м С точки зрения экологии ПЭС имеет бесспорное преимущество перед теплов ы ми электростанциями, сжи гающими нефть и каменный уголь. Благоприятные предп о сылки для более широкого использов ания энергии морских приливов связаны с во з можностью применения недавно созданной трубы Горл ова, которая позволяет соор у жать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Пер вые бесплотинные ПЭС намечено соорудить в ближайшие годы в Южной Корее. 1.5. Энер гия волн Идея получения электроэнергии от морских волн был а изложена еще в 1935 г. советским учен ым К.Э. Циолковским. В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие вол н на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, об ол о чек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов пр е образуется в электрическую. Когда буй качается по волне, уровень воды внутри него меняется. От этого воздух то выходит из него, то входит. Но движение воздуха во з можно только лишь через верхнее от верстие (такова конструкция буя). А там устано в лена турбина, вращающаяся всегда в одном направлен ии независимо от того в каком направлении движется воздух. Даже довольно небольшие волны высотой 35 см заста в ляют турбину развивать б олее 2000 оборотов в минуту. Другой тип установки – что-то вроде стационарн ой микроэлектростанции. Внешне она похожа на ящик, установле н ный на опорах на небольшой глубине. Волны проникают в ящик и приводят в действие турбину. И здесь для работы д остаточно совсем небольшого волнения моря. Даже во л ны высотой в 20 см зажигали лампочки общей мощностью 200 Вт. В настоящее время волноэнергетические установки используются для эне ргопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные во лн о вые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буров ых платфор м, открытых рейдов, море культурных хозяйств. Начало сь промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяк ов и навигационных буев получают п и тание от волновых установок. В Индии от волновой энергии рабо тает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мо щностью 850 кВт. Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором ак ватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конс трукцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравноме рного режима волн е ния. Сч итается, что эффективно волновые станции могут работать при использова нии мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок пок азал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традици онной, но в буд у щем ожидае тся значительное снижение ее стоимости. В волновых установках с пневматическими преобраз ователями под де й ствием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на обратн ое. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой обладае т выпрямля ю щим действием , сохраняя неизменным направление своего вращения при смене н а правления воздушного потока, следо вательно, поддерживается неизменным и напра в ление вращения генератора. Турбина нашла широкое п рименение в различных волн о энергетических установках. Волновая энергетическая установка "Каймей" ("Морской свет") – самая мощна я действующая энергетическая установка с пневматическими преобразова телями – п о строена в Япо нии в 1976 г. В своей работе она использ ует волны высотой до 6 – 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м и водоизмещением 500 т установлены 22 во з душных камеры, открытые снизу. Кажд ая пара камер работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Первые испытания были проведены в 1978 – 1979 гг. близ города Цуруока. Эне ргия передавалась на берег по подводному кабелю длиной около 3 км. В 1985 г. в Норвегии в 46 км к северо-западу от города Берг ен построена промышленная волновая станция, состоящая из двух установо к. Первая установка на острове Тофтесталлен работала по пневматическом у принципу. Она представляла с о бой железобетонную камеру, заглубленную в скале; над ней была установлена стальная башня высотой 12,3 мм и диаметром 3,6 м. Входящие в к амеру волны создавали и з м енение объема воздуха. Возникающий поток через систему клапанов привод ил во вращение турбину и связанный с ней генератор мощностью 500 кВт, годов ая вырабо т ка составляла 1,2 млн. кВт. ч. Зимним штормом в конце 1988 г . башня станции была разрушена. Разрабатывается проект новой башни и з железобетона. Конструкция второй установки состоит из конусовидного канала в ущелье длиной около 170 м с бетонными стенка ми высотой 15 м и шириной в основании 55 м, входящего в резервуар между остр овами, отделенный от моря дамбами, и плотины с энергетической установкой . Волны, проходя по сужающемуся каналу, увеличивают свою высоту с 1,1 до 15 м и вливаются в резервуар, уровень которого на 3 м выше уровня моря. Из ре зервуара вода проходит через низконапорные гидротурбины мощностью 350 кВ т. Станция ежегодно производит до 2 млн. кВт.·ч электроэнергии. А в Великобритании разрабатывается оригинальная конструкция волновой энергетической установки типа "моллюск", в которой в качестве рабочих ор ганов используются мягкие оболочки – камеры. В них находится воздух под давлением, несколько большим атмосферного. Накатом волн камеры сжимают ся, образуется замкнутый воздушный поток из камер в каркас установки и о братно. На пути потока установлены воздушные турбины Уэллса с электроге нераторами. Сейчас создается опы т ная плавучая установка из 6 камер, укрепленных на каркасе длин ой 120 м и высотой 8 м. Ожидаемая мощность 500 кВт. Дальнейшие разработк и показали, что наибольший эффект дает расположение камер по кругу. В Шот ландии на озере Лох-Несс была испытана установка, состоящая из 12 камер и 8 т урбин. Теоретическая мощность такой установки до 1200 кВт. Впервые конструкция волнового плота была запатентована в СССР еще в 1926 г. В 1978 г. в Великобритании проводились испытания опытных моделей океа н ских электростанций, в ос нове которых лежит аналогичное решение. Волновой плот Коккерела состои т из шарнирно соединенных секций, перемещение которых относ и тельно друг друга передается насос ам с электрогенераторами. Вся конструкция удерживается на месте якорям и. Трехсекционный волновой плот Коккерела длиной 100 м, шириной 50 м и высотой 10 м может дать мощност ь до 2 тыс. кВт. В СССР модель волнового плота испытывалась в 70-х гг. на Черном море. Она име ла длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м. На волнах высотой 0,5 м и длиной 10 – 15 м установка развивала мощность 150 кВт. Проект, известный под названием "утка Солтера", представляет собой преоб разователь волновой энергии. Рабочей конструкцией является поплавок ("у тка"), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте пре дусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последов ательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в и с ходное положение силой собственного веса. При этом приводятс я в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленно й водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давл ения, приводящая в движение турбины, у с тановленные между поплавками и поднятые над поверхность ю моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распред е ления нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков. В 1978 г. была исп ы тана модель установки, состоявшая из 20-ти поплавков диаметром 1 м. Выраб отанная мощность составили 10 кВт. Разработан проект более мощной устано вки из 20 – 30 поплавков диаметром 15 м, у крепленных на валу, длиной 1200 м. Пред полагаемая мощность установки 45 тыс. кВт. Подобные системы, установленны е у западных бер е гов Брит анских островов, могут обеспечить потребности Великобритании в электр о энергии. 1.6 Энергия течений Наиболее мощные течения океана – потенциальный и сточник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энер гию течений при скорости п о тока более 1 м/с. При этом мощность от 1 м 2 поперечного се чения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется испол ьзование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответ ственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со ск о ростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с). Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Ги б ралтарском, Ла-Манш, Курил ьских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений свя зано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созд а нием энергетических установок бол ьших размеров, представляющих угрозу судоходс т ву. Программа "Кориолис" предусматривает установку во Флорид ском прол и ве в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими колесами диаме т ром 168 м, вращающимися в противополо жных направлениях. Пара рабочих колес размещается внутри полой камеры и з алюминия, обеспечивающей плавучесть турб и ны. Для повышения эффективности лопасти колес пред полагается сделать достаточно гибкими. Вся система "Кориолис" общей длин ой 60 км будет ориентирована по о с новному потоку; ширина ее при расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в ка ж дом составит 30 км . Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и з а глубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству. После того как большая часть Южного Пассатного течения проникает в Кари б ское море и Мексиканский залив, вода возвращается оттуда в Атлантику через Фл о ридский залив. Ширина течения стан овится минимальной – 80 км. При этом оно уб ы стряет свое движе ние до 2 м/с. Когда же Флоридское течение усиливается Антильским, расход во ды достигает максимума. Развивается сила, вполне достаточная, чтобы пр и вести в движение турбину с размашистыми лопастями, вал которой соединен с эле к трогенератором. Дальше – передача тока по подводному кабелю на берег. Материал турбины- алюминий. Срок службы – 80 лет. Ее постоянное место – по д водой. Подъем на поверхность воды только для профилактического ремонт а. Ее работа практически не зависит от глубины погружения и температуры воды. Лопасти вращаются медленно, и небольшие рыбы могут свободно проплы вать через турбину. А вот крупным вход закрыт предохранительной сеткой. Американские инженеры, считают, что строительство такого сооружения да же дешевле, чем возведение тепловых электростанций. Здесь не нужно возво дить здание, прокладывать дороги, устраивать склады. Да и эксплуатационн ые расходы существе н но ме ньше. Полезная мощность каждой турбины с учетом затрат на эксплуатацию и поте рь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потре бн о сти штата Флориды (США) на 10%. Первый опытный образец подоб ной турбины диаметром 1,5 м был испыт ан во Флоридском проливе. Разработан также проект турбины с рабочим коле сом диаме т ром 12 м и мощностью 400 кВт. 2 Состояние и перспективы развития альтернативной энергетик и в России Доля традиционной топливной энергетики в мировом энергобалансе будет непрерывно сокращаться, а на смену придет нетрадиц ионная — альтернативная энергетика, основанная на использовании возо бновляемых источников энергии. И от того, с какими темпами это произойде т в конкретной стране, зависит не только ее экономическое благополучие, но и ее независимость, е е национальная безопасност ь . Ситуация с возобновимыми источниками энергии в России, как и почти со вс ем у нас в стране, может быть названа уникальной. Запасы этих источников, п оддающихся использованию уже на сегодняшнем техническом уровне, огром ны. Вот одна из оценок: солнечной лучистой энергии — 2300млрдТУТ (тонн услов ного топлива); ветра — 26,7млрдТУТ, биомассы — 10млрдТУТ; тепла Земли — 40000млр дТУТ; малых рек — 360млрдТУТ; морей и океанов — 30млрдТУТ. Эти источники нам ного превышают современный уровень энергопотребления России (1,2млрдТУТ в год) . Однако используют ся из всего этого немыслимого изобилия даже не сказать что крохи — микроскопические количества. Как и в мире в целом, в России наиболее развита среди возобновляемых видов эн ергетики ветроэнергетика. Еще в 1930-хгг. в нашей стране серийно выпускалос ь несколько видов ветроустановок мощностью 3-4кВт, однако в 1960-егг. их выпус к был прекращен. В последние годы СССР правительство вновь обратило вним ание на эту область, однако не успело реализовать своих планов. Тем не мен ее, с 1980 по 200 6 гг. Россией наработа н большой научно-технический задел (но отставание в вопросах практическ ого использования возобновимых источников энергии у России серьезное ) . Сегодня общая мощность действующих, сооружаемых и планир уемых к вводу в России ВЭУ и ВЭС составляет 200 МВт. Мощность отдельных ветр оагрегатов, изготавливаемых российскими предприятиями, лежит в диапаз оне от 0,04 до 1000,0 кВт [21]. В качестве п римера приведем нескольких разработчиков и производителей ВЭУ и ВЭС. В М оскве ООО «СКТБ «Искра» производит ветроэлектрические станции М-250 мощн остью 250Вт. В Дубне Московской области предприятие Гос.МКБ «Радуга» произ водит легко устанавливаемые ВЭС в 750Вт, 1кВт и 8кВт; Санкт-Петербургский НИИ «Электроприбор» выпускает ВЭУ до 500 Вт. В Киеве с 1999г. научно-производственная группа WindElectric про изводит ветроэлектростанции бытового назначения WE-1000 мощностью 1 кВт. Спе циалистами группы разработана уникальная многолопастная, универсальн о-скоростная и абсолютно бесшумная турбина небольших размеров, эффекти вно использ ующая любой воздушный поток . Хабаровская «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» произ водит ВЭС мощностью от 0,25 до 10кВт, последние могут объединяться в системы м ощностью до 100кВт. С 1993г. этим предприятием разработано и произведено 640 ВЭС. Большинство установлено в Сибири, на Дальнем Востоке, Камчатке, Чукотке. Срок эксплуатации ВЭС достигает 20 лет в любых климатических зонах. Компа ния поставляет также солнечные батареи, которые работают совместно с ВЭ С (мощность таких ветросолнечных установок сост ав ляет от 50Вт до 100 кВт) . В отношении ресурсов ветровой энергии в России наи более перспективны такие районы, как Побережье Северного Ледовитого ок еана, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Якутия, а также побережье Финского залив а, Черного и Каспийского морей. Высокие среднегодовые скорости ветра, ма лая обеспеченность централизованными электросетями и обилие неисполь зуемых в хозяйстве площадей делает эти местности практически идеальны ми дл я развития ветровой энергетики. Похожая ситуация с солнечной энергетикой. Солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию все х российских ресурсов нефти, угля, газа и урана. Имеются интересные отече ственные разработки в этой области, но нет никакой поддержки их со сторо ны государства и, следовательно, нет рынка фотоэнергетики. Однако объем выпуска солнечных батарей исчисляется мегаваттами. В 200 6 г. было произведено около 4 00 МВт. Имеется тенденция к некоторому рос ту. Впрочем, больший интерес к продукции различных научно-производствен ных объединений, выпускающих фотоэлементы, проявляют покупатели из-за р убежа, для россиян они все еще дороги; в частности, потому что сырье для пр оизводства кристаллических пленочных элементов приходится ввозить из- за рубежа (в советское время заводы по производству кремния н аходились в Киргизии и Украине) Наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России — э то Северный Кавказ, Ставропольский и Краснодарский края, Астраханская о бласть, Калмыкия, Тува, Бурятия, Чити нская область, Д альний Восток. Наибольшие достижения по использованию солнечной энергии отмечены в области создания систем теплоснабжения с применени ем плоских солнечных коллекторов. Первое место в России во внедрении так их систем занимает Краснодарский край, где за последние годы в соответст вии с действующей краевой программой энергосбережения сооружено около сотни крупных солнечных систем горячего водоснабжения и множество мел ких установок индивидуального пользования . Наибольшее развитие солнечны е установки для обогрева помещений получили в Краснодарском крае и Респ ублике Бурятия. В Бурятии солнечными коллекторами производительностью от 500 до 3000 ли тров горячей воды (90-100 градусов по Цельсию) в сутки оснащены различные промышленные и социальные объекты - больницы, школы, завод "Электромашин а" и т.д., а также частные жилые здания. Сравнительно повышенное внимание уделяется развитию геоте рмальных электростанций, более, видимо, привычных нашим энергетическим распорядителям и достигающих больших мощностей, а потому лучше укладыв ающихся в привычную концепцию энергетического гигантизма. Специалисты считают, что запасы геотермальной энергии на Камчатке и Курильских остр овах могут обеспечить электростанции мощностью до 1000МВт. Ещё в 1967г. на Камчатке была построена Паужетская ГеоТЭС мощн остью 11,5МВт. Она была пятой ГеоТЭС в мире. В 1967г. была введена в действие Пара тунская ГеоТЭС — первая в мире с бинарным циклом Ренкина. В настоящее вр емя строится Мутновская ГеоТЭС мощностью 200МВт с использованием отечест венного оборудования, изготовленного Калужским турбинным заводом. Это т завод приступил также к серийному выпуску модульных блоков для геотер мального электро - и теплоснаб жения. С использованием таких блоков Камчатка и Сахалин могут быть практ ически полностью обеспечены электроэнергией и теплом от геотермальных источников. Геотермальные источники с достаточно большим энергетичес ким потенциалом имеются в Ставропольском и Краснодарском краях. Сегодн я там вклад систем геотермального теплоснабжени я составляет 3млн . Гкал/год . По мнению специалистов, при несметных запасах этог о вида энергии не решен вопрос о рациональном, рентабельном и экологичес ки безвредном использовании геотермальных ресурсов, что мешает налади ть их индустриальное освоение. Например, добываемые геотермальные воды используются варварскими методами: неочищенную отработанную воду, сод ержащую ряд опасных веществ (ртуть, мышьяк, фенолы, серу и т.п.) сбрасывают в окружающие водоемы, нанося непоправимый вред природе. К тому же, все труб опроводы геотермальных систем отопления быстро выходят из строя из-за в ысокой минерализации геотермальных вод. Поэтому требуется коренной пе ресмотр технологии использования геотермальной эн ергии . Сейчас ведущим предприятием по изготовлению геоте рмальных электрических станций в России является Калужский турбинный завод и АО «Наука», которые разработали и производят модульные геотерма льные электростанции мощностью от 0,5 до 25 МВт. Разработана и начала реализ овываться программа создания геотермального энергоснабжения Камчатк и, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900тыс. ТУТ. На Куб ани эксплуатируется 10 месторождений геотермальных вод. За 1999-2000гг. уровень добычи теплоэнергетических вод в крае составил около 9млнм3, что позволи ло сэкономить до 65тыс.ТУТ. Пред приятием «Турбокон», созданным при Калужском турбинном заводе, разрабо тана чрезвычайно перспективная технология, позволяющая получать элект роэнергию из горячей воды, испаряющейся под давлением и вращающей турби ну, оснащенную вместо привычных лопастей специальными воронками — так называемыми соплами Лаваля. Польза от таких установок, получивших назва ние гидропаровых турбин, как минимум двойная. Во-первых, они позволяют по лнее использовать геотермальную энергию. Обычно для получения энергии используется только геотермальный пар или растворенные в геотермально й воде горючие газы, тогда как с помощью гидропаровой турбины для получе ния энергии можно использовать и непосредственно горячую воду. Другой в озможный вариант применения новой турбины — получение электроэнергии в городских теплосетях, из воды, возвращающейся от потребителей тепла. С ейчас тепло этой воды пропадает впустую, тогда, как оно могло бы обеспечивать котельные независим ым источником электричества . Тепло недр З емли способно не только выбрасывать в воздух фонта ны гейзеров, но и согревать жилища и вырабатывать электроэнергию. Большими геотермальными ресурсами обладают Камчатка , Чукотка, Курилы, Приморский край, Западная Сибирь, Северный Кавказ, Красн одарский и Ставропольский края, Калининградская область. Высокопотенциаль ное термальное тепло (пароводная смесь свыше 100 градусов по Цельсию) позволяет производить электроэнергию напрямую. Обычно пароводяная термальна я смесь извлекается из скважин, пробуренных на глубину 2– 5 км. Каждая из с кважин способна обеспечить электрическую мощность 4– 8 МВт с площади гео термального месторождения около 1 км 2 . При этом по экологическим соображениям необходимо иметь и ск важины для закачки в пласт отработанных геотермальных вод. В настоящее время на Камчатке действуют 3 геотермальных электростанции: Паужетская ГеоЭС, Верхне-Мутн овская ГеоЭС и Мутновская ГеоЭС. Суммарная мощность этих геотермальных электростанций составляет более 70 МВт. Это позволяет на 25% обеспечить пот ребности региона в электроэнергии и ослабить зависимость от поставок д орогостоящего привозного мазута. В Сахалинской области на о. Кунашир введены первый агрегат мощностью 1,8 МВт Менделеевской ГеоТЭС и геотермальная тепловая станция ГТС-700 мощностью 17 Гкал/ч. Большая часть низ копотенциальной геотермальной энергии применяет ся в виде тепла в жилищно-коммунальном и сельском хозяйствах. Так, на Кавк азе общая площадь обогреваемых геотермальными водами теплиц составляе т свыше 70 га. В Москве построен и усп ешно эксплуатируется экспериментальный многоэтажный дом, в котором го рячая вода для бытовых нужд нагревается за счет низкопотенциального те пла Земли. Наконец, следует т акже упомянуть малые гидроэлектростанции. С ними дело обстоит относите льно благополучно в плане конструкторских разработок: оборудование дл я малых ГЭС выпускается или готово к выпуску на многих предприятиях энер гомашиностроительной промышленности, с гидротурбинами различной конс трукции — осевыми, радиально-осевыми, пропеллерными, диагональными, ков шовыми. При этом стоимость оборудования, изготовленного на отечественн ых предприятиях, остается значит ельно ниже мирово го уровня цен. На Кубани ведетс я строительство двух малых ГЭС (МГЭС) на р. Бешенка в районе п.Красная Поля на г.Сочи и сбросе циркуляционной системы технического водоснабжения К раснодарской ТЭЦ. Запланировано строительство МГЭС на сбросе Краснода рского во дохранилища мощностью 50 МВт . Начата работа по во сстановлению системы малых ГЭС в Ленинградской области. В 1970-е гг. там, в ре зультате проведения кампании по укрупнению электроснабжения области, прекратили работу более 40 таких станций. Плоды недальновидной гигантома нии приходится исправлять сейчас, когда необходимость в малых источник ах энергии стала очевидной. Заключение Нужно отметить, что в России ещё нет т аких законов, которые бы регулировали альтернатив ную энергетику и стимулировали ее развитие. Равно как и нет структуры, ко торая бы защищала интересы альтернативной энергетики. Как, например, ато мной энергетико й отдельно занимается Минатом. З апланирован доклад правительству об обосновании н еобходимости и разработке концепции проекта федерального закона "О раз витии возобновляемых источников энергии". За подготовку этого доклада о твечают целых четыре министерства: Минэнерго, Минэкономразвития, Минпр омнауки и Минюст. Когда они договорятся, неведомо. Чтобы отрасль развивалась быстро и полноценно, зак он должен предусматривать налоговые льготы предприятиям, производящим оборудование для получения энергии возобновляемых источников (наприм ер, снижение ставки НДС хотя бы до 10%). Важны также вопросы сертификации и ли цензирования (прежде всего в том, что касается оборудования), потому что п риоритет возобновляемой энергии также должен соответствовать требова ниям качества. Развитие альтернативных способов получения энерг ии тормозят производители и добытчики традиционных источников энергии : у них сильные позиции во власти и есть возможность отстаивать свои инте ресы. Альтернативная энергия до сих пор довольно дорога по сравнению с т радиционной, потому что практически у всех предприятий-производителей установки выходят опытными партиями в очень небольших количествах и со ответственно являются очень дорогими. Организация серийного производс тва и проведение сертификации установок требуют значительных инвестиц ий, которые полностью отсутствуют. Удешевлению стоимости могла бы спосо бствовать господдержка. Однако же это противоречит интересам тех, чей би знес основан на добыче традиционного углеводородного топлива. Лишняя к онкуренция никому не нужна. В результате преимущественному использов анию возобновляемых источников и развитию альтернативной энергетики о тдается предпочтение в основном в тех регионах, где это является наиболе е очевидным решением сложившихся энергетических проблем. Россия распо лагает значительными ресурсами ветровой энергии, в том числе в тех регио нах, где отсутствует централизованное электроснабжение - побережье Сев ерного Ледовитого океана, Якутия, Камчатка, Чукотка, Сахалин, но даже в эти х районах энергетические проблемы таким образом решать почти не пытают ся. О дальнейшем развитии альтернативной энергетики г оворится в "Энергетической стратегии России на период до 2020 года". Цифры, ко торых должна достичь наша альтернативная энергетика, очень низки, задач и минимальны, поэтому перелома в российской энергетике ждать не приходи тся. За счет альтернативной энергетики к 2020 году планируется экономить ме ньше 1% всех топливных ресурсов. Приоритетом своей "энергетической страт егии" Россия выбирает атомную промышленность как "важнейшую часть энерг етики страны". В последнее время были предприняты некоторые шаги в сторону развития альтернативной возобновляемой энергетики. Минэнерг о начало переговоры с французами о перспективах сотрудничества в облас ти альтернативной энергетики. В целом же можно отме тить, что состояние и перспективы развития альтерн ативной энергетики на ближайшие 10-15 лет в целом представляются плачевным и. Список используемых источн иков 1. Копылов В.А. Геогра фия промышленности России и стран СНГ. Учебное пособие. – М.: Маркетинг, 2001 – 184 с. 2. Видяпин М.В., Степанов М.В. Экономиче ская география России. – М.: Инфра – М., 2002 – 533 с. 3. Морозова Т.Г. Экономическая геогра фия России – 2 -е изд., ред.- М.: ЮНИТИ, 2002 – 471 с. 4. Арустамов Э.А. Левакова И.В.Баркало ва Н.В. Экологические основы природопользования. М. Изд. «Дашков и К». 2002. 5. В. Володин, П. Хазановски й Энергия, век двадцать первый . -М 1998 6. А. Голдин «Ок еаны энергии». М: ЮНИТИ 2000 7. Попов В. Биосф ера и проблемы ее охраны. Казань. 1981. 8. Рахилин В. общество и живая природ а. М. Наука. 1989. 9. Лаврус В.С. И сточники энергии К: НиТ, 1997 10. Э.Берман. Гео термальная энергия – Москва: Мир,1978г. 11. Л. С. Юдасин. Энерге тика: проблемы и надежды. М: ЮНИТИ. 1999.