Источники энергии Мурманской области

Всё, что касается области человеческой жизнедеятельности, так или иначе связано с использованием какой-либо энергии. Энергия требуется для того, чтобы обогреть, накормить, напоить, одеть, перевезти, развлечь и т. д. Энергия с нами повсюду: дома, на улице, на работе, на отдыхе. На сегодняшний день потребление тепловой энергии в мире составляет больше 200 млрд. кВт/ч в год (эквивалентно 36 млрд. тонн условного топлива). В России на сегодня общее потребление топлива составляет около 5% мирового энергобаланса. Но ведь запасы любого топлива исчерпаемы. Геологические запасы органического топлива более 80% приходятся на долю угля, который становится всё менее популярен. Известные запасы топливных ресурсов к 2100 году будут исчерпаны. По данным экспертов, в начале 21 века добыча нефти и природного газа начнёт сокращаться: их доля в топливной энергетике сократится к 2020 году с 66,8% до 20%. Но на данный момент в нашей жизни главными переработчиками энергии остаются АЭС, ГЭС, ТЭЦ, ГРЭС и др. У них есть свои плюсы и минусы, которые мы рассмотрим позже.

Посмотрим на энергию с физической точки зрения. В нашем индустриальном обществе от энергии зависит все. Ученые могут сказать, что энергия – способность к совершению работы, а работа совершается, когда на объект действует физическая сила (такая как давление или гравитация). Согласно формуле А=FS, работа равна произведению силы на расстояние, на которое переместился объект. Попросту говоря, работа – это энергия в действии, а в нашем работающем мире основой всего является энергия, без неё не будет совершаться работа. Когда энергия имеется в наличии и может быть использована, любой объект будет совершать работу, иногда созидательную, иногда разрушительную. В мире сейчас очень обострились вопросы, связанные с энергией. ОПЕК (Алжир, Индонезия, Венесуэла, Ливия, Кувейт, Катар, Нигерия, Эквадор, Арабские Эмираты, Саудовская Аравия) решил сократить поставки нефти на мировой рынок, что уже привело к взлёту цен на нефть и газ. Правительства многих стран заинтересованы в том, чтобы найти такие источники энергии, которые давали бы максимум пользы при минимуме затрат на их получение, а также наносили минимальный ущерб окружающей среде. Соответствующие разработки ведутся в США и России. Но, кроме федеральных, такими исследованиями занимаются и многие специалисты в различных областях.

Наше исследование сосредотачивается вокруг одной из основных проблем: где взять энергию и откуда. Вот это мы и попытаемся выяснить.

Глава I:Сравнительный анализ традиционных и альтернативных источников энергии.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывает неизбежность скорейшего перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.

Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:

➢ Глобально-экологическая: Сегодня доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в том числе ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведёт к катастрофическому изменению климата уже в первое десятилетие XXI века.

➢ Политическая: Та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на предоставляемую энергию.

➢ Экономическая: Переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимая многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии, получаемой традиционным путем, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на произведённую таким способом энергию снижаются, а на традиционную - постоянно растут.

➢ Социальная: Численность и плотность населения постоянно растет, при этом трудно найти районы для строительства АЭС, ГРЭС и т. д. , где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса. Хорошо известен вред, наносимый равнинными гигантскими ГЭС. Также в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а так е нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты, существующая традиционная энергетика представляется тупиковой. Для решения этой проблемы необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

А сейчас мы рассмотрим наиболее используемые традиционные и альтернативные источники энергии.

Таблица: «Энергетика: традиционные и альтернативные источники энергии».

Но пока мир полностью не перейдет на альтернативную энергетику, мы не можем полностью судить о выгоде альтернативных источников энергии. Давайте пока рассмотрим диаграмму, иллюстрирующую потребление энергии в мире (приблизительно за год 36 млрд. тонн условного топлива). На данный момент нам интересно, КТО потребляет большее количество энергии и ЧТО потребляют ведущие страны мира.

1. США. (28%)

2. Азия, Австралия. (25%)

3. Западная Европа. (18%)

4. Центральная и Восточная Европа. (18%)

5. Латинская Америка. (5%)

6. Африка. (3%)

7. Ближний Восток. (3%)

Из диаграммы видно, самое большее количество энергии в мире потребляет США, «страна технического прогресса», куда уезжает самое большое количество русских ученых, специализирующихся по вопросам энергетики. Недавно Джордж Буш объявил о планах США строить АЭС совместно с Россией, Францией и Японией.

Кроме того, президент США Джордж Буш заявил о планах Вашингтона создать новые атомные реакторы и технологии совместно с Россией, Францией и Японией, в рамках недавно объявленной им инициативы под названием Глобальное партнерство по ядерной энергии (Global Nuclear Energy Partnership).

"Америка будет работать с государствами, у которых развиты программы гражданской ядерной энергетики, такими как Франция, Япония и Россия, вместе с которыми мы будем разрабатывать, и внедрять инновационные, усовершенствованные реакторы и новые методы переработки использованного ядерного топлива", - сообщил Буш в субботу в своем еженедельном радиообращении к стране. «Это позволит нам производить больше энергии при значительном сокращении ядерных отходов и устранении побочных ядерных материалов, которые могут быть использованы нестабильными режимами или террористами для изготовления оружия", - сказал президент США.

По его словам, в новом бюджете США на Глобальное партнерство по ядерной энергии предусмотрено выделение $250 миллионов, сообщает РИА "Новости". Подчеркнув важность ядерной энергетики для решения энергетическим проблем страны, Буш сообщил также, что в США с 70-х годов прошлого века не построено ни одной новой атомной электростанции (АЭС) и поэтому возглавляемая им администрация ставит своей целью "начать строительство новых АЭС до конца текущего десятилетия". Джордж Буш объявил о планах США строить АЭС совместно с Россией, Францией и Японией.

Еще немного о сотрудничествах в области энергетики: информационные Интернет-ресурсы Мира облетела новость: во Франции решено построить термоядерный реактор, способный производить электрическую энергию из морской воды. В проекте общей стоимостью 10 млрд. евро приняли участие страны ЕС, Японии (она дает 20% компонентов и 20% ученых-специалистов), Россия, США, Китай, Южная Корея. Немалая доля труда в этом будет и чешских атомщиков.

Институт ядерных исследований (местечко Ржешь под Прагой) является одним из четырех европейских центров, где могут проводиться испытания материалов и компонентов реактора на прочность, в частности, в реакторе по французскому проекту ITER (международный термоядерный экспериментальный реактор). При термоядерной реакции энергия образуется не за счет расщепления атомов, а их соединением, как на Солнце.

Мир всё чаще сталкивается с вопросом о переходе на альтернативные источники энергии, т. к. традиционные источники энергии подходят к концу. Давайте посмотрим, что и в каких количествах используют лидирующие страны мира по вопросам энергетики:

1. Нефть. (40%)

2. Уголь. (27%)

3. Природный газ. (25%)

4. Ядерная энергия. (7%)

5. Гидроэнергия. (3%)

Электровооруженность общества – основа его научно - технического прогресса, база развития производительных сил. Её соответствие общественным потребностям – важнейший фактор экономического роста. Развивающееся мировое хозяйства требует постоянного наращивания энерговооруженности производства. Она должна быть надёжна и с расчетом на отдаленную перспективу. Энергетический кризис 1973-1974 гг. в капиталистических странах продемонстрировал, что этого трудно теперь достичь, основываясь лишь на традиционных источниках энергии (нефти, угле, газе). Необходимо не только изменить структуру их потребления, но и шире внедрять нетрадиционные, альтернативные источники энергии.

В этой работе мы подробно рассмотрим проблемы и возможности использования нетрадиционных, альтернативных источников энергии.

Анализ новых источников энергии.

Мировая экономика стоит перед необходимостью спешно преодолеть целый комплекс проблем в энергетике: от исчерпания запасов сырья до разрушения среды обитания в результате использования традиционных источников энергии. Коренной проблемой является недостаток и высокая стоимость почти всех традиционных видов сырья и энергии. Запасы полезных ископаемых стремительно сокращаются, а их добыча усложняется и становится все дороже.

По некоторым имеющимся оценкам, при сохранении нынешнего уровня потребления, который будет расти, разведанных запасов ископаемого органического топлива хватит всего лишь на 75-100 лет. Но, согласно заявлению главы Международного энергетического агентства (МАЭ) Мандила, угроза мирового экономического кризиса существенно снизилась по сравнению с тем, как это было 30 лет назад. Это связано с тем, что в последние годы принципиально улучшилась методика и качество переработки нефти, а это, в свою очередь, позволило существенно увеличить производство нефтяных энергоносителей. Единственным слабым сектором мировой экономики по-прежнему остается транспорт, который целиком зависит от нефти и является ее главным потребителем. Так, по оценкам экономистов, потребность в нефти транспортной отрасли до 2030 года составит порядка 70% от повышения спроса на нефть.

Урон же, наносимый окружающей среде современной энергетикой, столь велик, что угрожает прекратить существование человеческой цивилизации гораздо раньше, чем будут исчерпаны запасы ископаемого топлива. Не секрет, что изменение климата на нашей планете многие ученые связывают с выбросом в атмосферу огромного количества углекислого газа, создающего парниковый эффект, кроме того, из-за смога, окутавшего землю, значительно снизилась освещенность, потому что солнечные лучи часть своей «освещающей» энергии теряют в слоях парниковых газов.

В свете этих прогнозов вступивший в силу Киотский протокол представляется очень важной мировой инициативой. Основная цель стран-участников протокола - добиться в 2008 - 2012 гг. снижения загрязнения атмосферы Земли парниковыми газами на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 г. прошлого века.

Этого можно добиться только путем использования возобновляемых источников энергии. Именно в этом направлении полным ходом идут исследовательские прикладные разработки качественно новых, нетрадиционных источников энергии.

Использование всего лишь 0. 0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0. 5 % - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130 000км2! Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовления гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории - от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима.

Таким образом, потенциала солнечной радиации и ветровой энергии в принципе достаточно для нужд энергопотребления, как страны, так и регионов. К недостаткам этих видов энергии можно отнести нестабильность, цикличность и неравномерность распределения по территории; поэтому использование солнечной и ветровой энергии требует, как правило, аккумулирования тепловой, электрической или химической. Однако возможно создание комплекса электростанций, которые отдавали бы энергию непосредственно в единую энергетическую систему, что дало бы огромные резервы для непрерывного энергопотребления.

Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан. Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По имеющимся оценкам, для полного обеспечения энергией каждого человека - потребителя достаточно одного гектара плантаций водорослей. Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т. е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например, при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний. И, тем не менее, несмотря на то, что извлечение энергии океана находятся на стадии экспериментов и процесс ограничен и дорогостоящ. В конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии в различных формах, а в стоимость такого извлечения, которая определит, насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи. Второе преимущество заключается в том, что использование энергии океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой планетой. А вот альтернативный вариант, предусматривающий увеличение использования органических и ядерных видов топлива, по мнению некоторых специалистов, может привести к катастрофе: в атмосферу станет выделяться слишком большое количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опасностью человечеству.

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 постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить огромное количество материалов.

Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к энергетическим кладовым природы. Преимущества реакторов на быстрых нейтронах очевидны. В них для получения энергии можно использовать все запасы природных урана и тория, а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана. При получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля.

Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т условного топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т условного топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии. Источники геотермальной энергии могут быть двух типов. Первый тип - это подземные бассейны естественных теплоносителей - горячей воды (гидротермальные источники), или пара (паротермальные источники), или пароводяной смеси. По существу, это непосредственно готовые к использованию «подземные котлы», откуда воду или пар можно добыть с помощью обычных буровых скважин. Второй тип - это тепло горячих горных пород. Закачивая в такие горизонты воду, можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях.

Но в обоих вариантах использования главный недостаток заключается, пожалуй, в очень слабой концентрации геотермальной энергии. Впрочем, в местах образования своеобразных геотермических аномалий, где горячие источники или породы подходят сравнительно близко к поверхности и где при погружении вглубь на каждые 100 м температура повышается на 30-40°С, концентрации геотермальной энергии могут создавать условия и для хозяйственного её использования. В зависимости от температуры воды, пара или пароводяной смеси геотермальные источники подразделяются на низко- и среднетемпературные (с температурой до 130 - 150°С) и высокотемпературные (свыше 150°). От температуры во многом зависит характер их использования.

Можно утверждать, что геотермальная энергия имеет четыре выгодных отличительных черты:

Во-первых, её запасы практически неисчерпаемы. По оценкам конца 70-х годов, до глубины 10 км они составляют такую величину, которая в 3,5 тысячи раз превышает запасы традиционных видов минерального топлива.

Во-вторых, геотермальная энергия довольно широко распространена. Концентрация её связана в основном с поясами активной сейсмической и вулканической деятельности, которые занимают 1/10 площади Земли. В пределах этих поясов можно выделить отдельные наиболее перспективные «геотермальные районы», примерами которых могут служить Калифорния в США, Новая Зеландия, Япония, Исландия, Камчатка, Северный Кавказ в России. Только в бывшем СССР к началу 90-х годов было открыто около 50 подземных бассейнов горячей воды и пара.

В-третьих, использование геотермальной энергии не требует больших издержек, т. к. в данном случае речь идет об уже «готовых к употреблению», созданных самой природой источниках энергии.

Наконец, в-четвертых, геотермальная энергия в экологическом отношении совершенно безвредна и не загрязняет окружающую среду.

Человек издавна использует энергию внутреннего тепла Земли (вспомним хотя бы знаменитые Римские бани), но её коммерческое использование началось только в 20-х годах нашего века со строительством первых геоЭС в Италии, а затем и в других странах. К началу 80-х годов в мире действовало около 20 таких станций общей мощностью 1,5 млн. кВт. Самая крупная из них - станция Гейзерс в США (500 тыс. кВт).

Геотермальную энергию используют для выработки электроэнергии, обогрева жилья, теплиц и т. п. В качестве теплоносителя используют сухой пар, перегретую воду или какой-либо теплоноситель с низкой температурой кипения (аммиак, фреон и т. п. ).

Состояние дел с поиском нетрадиционных источников энергии таково, что вопрос уже не в том, есть ли они, а в том, какие из них перспективнее. При этом уже понятно, что существенными особенностями этих источников будут автономность, безопасность, а главное, - способность производить энергию непосредственно в точке ее потребления и ровно столько, сколько необходимо.

Как показала практика, наиболее распространенные солнечные, ветряные и приливные электростанции недостаточно эффективны, а их эксплуатация таит в себе серьезные изменения климата, замедление вращения Земли, поэтому крупнейшие корпорации, такие как Daimler-Chrysler, Toshiba, Ford-Motors и другие, интенсивно ведут собственные разработки в области нетрадиционных энергий. Надо отметить, что усилия прилагаются огромные, несмотря на угрозу того, что внедрение принципиальных инноваций в тщательно обустроенную, имеющую сложную систему технологических связей западную экономику, повлечет за собой кардинальные изменения в самой ее жизнедеятельности.

Подтверждением тому являются изменения в западных центрах стратегического планирования, таких как Бильдербергский клуб и Трехсторонняя комиссия, где вместо финансистов ведущую роль начинают играть представители энергетического бизнеса. Уже одно это дает основание полагать, что в настоящее время предпринимается очередная попытка заменить финансы энергетикой в роли прямого управления экономикой. Например, экономисты уже не раз предлагали заменить деньги на какую-нибудь другую универсальную единицу, и большинство пришло к выводу, что неплохим вариантом в этом смысле будет единица энергии, например, кВт/час.

Таким образом, имеются устойчивые признаки того, что ситуация чревата возникновением в ближайшее время нового технологического уклада в экономике, основанного на источниках энергии, которые мы сейчас называем нетрадиционными. Становление энергетики с вышеизложенными свойствами в качестве базовой приведет к коренной перестройке хозяйственных связей и принципиально усилит независимость личности от различных социально-экономических обстоятельств и физических ограничений, потому что, с одной стороны, упраздняется целый класс посредников, от которых зависело энергообеспечение всякой деятельности, а с другой стороны, возникнут новые виды предпринимательства, которые ранее были просто невозможны.

Следует ожидать, что взаимодействие крупных политиков с финансовыми структурами или нефтегазовым комплексом будет ослабевать, но наиболее состоятельным и влиятельным окажется тот, кто первым поймет перспективы сначала всемерной поддержки, а потом и прочной связи с отраслью по производству и эксплуатации новых источников энергии.

Между тем, задел, имеющийся у российской науки и техники в сфере нетрадиционной энергетики и создания новых типов двигателей, значительно превосходит имеющиеся мировые разработки, причем сегодня уже нет нужды в масштабных инвестициях, поскольку в советское время в разработки, в ходе которых были получены требуемые физические эффекты, были вложены десятки миллиардов рублей, в то время как вышеназванные западные фирмы тратят миллиарды долларов на эти цели. В России промышленные прототипы установок можно получить в течение полутора -двух лет при финансировании в размере от нескольких тысяч до нескольких миллионов долларов США, что не выше затрат на один мусоросжигающий завод.

Неоспоримая роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы, прямо или косвенно, большей энергии, чем могут дать мускулы человека.

Потребление энергии - важный показатель жизненного уровня. В те времена, когда человек добывал пищу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, ему требовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овладения огнем эта величина возросла до 16 МДж; в примитивном сельскохозяйственном обществе она составляла 50 МДж, а в более развитом - 100 МДж.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Сейчас, в начале 21-го века, начинается новый значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.

На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Прежде всего это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость: создание мощных ПЭС требует, к примеру, огромных количеств металла, бетона и т. д. В-третьих, под некоторые станции требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.

Однако этот потенциал Россия стремительно теряет — зарубежные страны, в первую очередь США, прилагают координируемые на государственном уровне масштабные усилия по выявлению и изъятию у нее передовых технологий, которые проявляются, в том числе, и как «утечка мозгов». Впрямую противостоять этому Россия не может. Средства, которые она выделяет на отечественные разработки, ничтожны по сравнению с тем, сколько уже вкладывают США в развитие «высоких технологий». В последних заявлениях американского руководства речь идет об увеличении государственного финансирования этой сферы на 2,8 миллиарда долларов США.

История развития ветроэнергетики.

Поль Ля Кур (1846-1908) получил образование метеоролога и был одним из пионеров современной аэродинамики и ветроэнергетики. Он построил свою собственную аэродинамическую трубу для экспериментов. Ля Кур занимался вопросами аккумулирования электричества и использовал выработанное ветровыми турбинами электричество для получения водорода путем электролиза, который использовал для газового освещения своей школы. Однако в его схеме был один существенный недостаток: он несколько раз менял стекла в разных школьных зданиях по причине того, что водород взрывался при нарушении пропорции смешивания с кислородом. В своей школе, в Аскове, в течение нескольких лет он читал лекции по ветроэнергетике. В 1897 году ля Кур построил в Аскове две испытательные ветровые турбины. Ля Кур основал общество ветроэнергетиков в 1905 году, и уже через год оно насчитывало около 365 членов. Первый в мире журнал ветроэнергетики также издавался Ля Куром.

Одним из основателей американской электрической индустрии был Чарльз Ф. Браш (1849-1929). Он изобрел очень эффективный генератор постоянного тока, использовавшийся в общественных электрических сетях, первую коммерческую дуговую лампочку и очень эффективный способ производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Его компания «Браш Электрик» в 1892 году слилась с «Эдисон Дженерал Электрик Компани» и «Электрик Компани». В течение зимы 1887-1888, Браш построил то, что сегодня называется первая автоматически управляемая ветровая турбина для производства электроэнергии. Она была воистину гигантской – самой большой в мире диаметр ротора был равен 17 метрам и ротор имел 144 лопасти, изготовленные из кедра. Турбина проработала 20 лет, в течение которых заряжала батареи в подвале под турбиной. Несмотря на внушительные размеры турбины, на ней был установлен генератор всего 12 кВт.

Первая в нашей стране ветряная электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А. Г. Уфимцева и В. П. Ветчинкина.

Принцип работы ветряных мельниц.

Современная ветротурбина – это высокотехнологичный механизм, только отдаленно внешне напоминающий предыдущие поколения ветротурбин. Благодаря применению трансмиссии с высоким передаточным числом ликвидирован один из основных негативных факторов, сдержавших широкое развитие ветроэнергетики в густонаселенной Европе – чрезмерная шумность. Нынешние ветрогенераторы практически бесшумны, с расстояния 200 метров шум от вращения лопастей сливается с шумом ветра. Другой негативный фактор – уродливый внешний вид ажурных башен с дико вращающимися лопастями тоже ушел в прошлое. Новое поколение выглядит элегантно и не только не портит пейзаж, но зачастую украшает его.

Ветровые турбины получают энергию от превращения силы ветра в момент, исходящий от лопастей ротора. Количество энергии ветра, передающееся ротору зависит от плотности ветра, площади ротора и скорости ветра. Кинетическая энергия движущегося тела пропорциональна его массе. Таким образом, кинетическая энергия ветра зависит от плотности воздуха, производной от массы на единицы объема. Другими словами, чем «тяжелее» воздух, тем больше энергии передается турбинам. При нормальном давлении и температуре 15 градусов Цельсия 1 кубический метр воздуха весит примерно 1. 225 килограмма.

Типичная ветротурбина мощностью 600 кВт имеет ротор диаметром 43-44 метра, что подразумевает площадь ротора порядка 1500 квадратных метров. Площадь ротора определяет, сколько энергии ветра сможет поглотить ветровая турбина. Так как площадь ротора возрастает в квадрате от диаметра ротора, турбина, имеющая диаметр в два раза больше, сможет поглотить в четыре раза больше энергии. Ротор ветровой турбины обязательно должен замедлять движение ветра в связи с тем, что он отнимает часть его кинетической энергии и преобразует ее в энергию вращения.

Это подразумевает, что слева от ротора ветер будет двигаться медленнее, чем справа. Но в связи с тем, что количество воздуха, приходящего на площадь ротора справа (ежесекундно), должно быть равно количеству ветра, покидающего площадь ротора, т. е. этот воздух должен занимать большую площадь позади ротора.

Скорость ветра исключительно важна для расчета энергии, которую ветровая турбина может преобразовать в электричество. Количество энергии возрастает в кубе от увеличения скорости ветра, т. е. если скорость ветра возрастает вдвое, то количество энергии увеличивается примерно в 8 раз. К примеру, если при скорости ветра 8 м/с мы получим энергию 314 Ватт на каждый квадратный метр площади ротора, то при скорости ветра 16 м/с мы получим уже 2509 Ватт на каждый квадратный метр площади ротора.

Большинство крупных ветродвигателей, сооружаемых сейчас или уже действующих, рассчитано на работу при скоростях ветра 17-58 км/ч-1. Ветер со скоростью меньше 17 км/ч-1. дает мало полезной энергии, а при скоростях более 58 км/ч-1 возможно повреждение двигателя.

Как мы выяснили, у наших предшественников есть богатый опыт в установке и использовании ветреных мельниц и ВЭУ. И, наконец, мы перестали отставать от всего мира.

Энергетика Мурманской области.

• Какие электростанции действуют в области.

Электроэнергетика в последние двадцать лет развивалась в основном за счет расширения использования атомной энергии и энергии рек. В настоящее время в области действуют 17 гидроэлектрических станций (ГЭС) и атомная электрическая станция (АЭС). Кроме того, в области имеется 5 тепловых электоцетралей (ТЭЦ), работающих на ограниченном топливе и вырабатывающих одновременно и электрическую и тепловую энергию. Одна ТЭЦ средней мощности (350 МВт) находится в Апатитах, три небольшой мощности (по 16-18 МВт каждая) принадлежат горнометаллургическим и горно-обогатительным предприятиям и расположены в городах Заполярный, Ковдор и Мончегорск, и последняя, также небольшой мощности, расположена в областном центре. Все электрические станции магистральными линиями электропередач объединены в общую энергетическую – КОЛЭНЕРГО. КОЛЭНЕРГО обслуживает 99,5% населения, её сети охватывают более 50% территории области.

Сложившаяся структура электрогенерирующих мощностей отличается высоким удельным весом производства электроэнергии на АЭС и ГЭС, значительно превосходящим эти показатели в среднем по России.

Если бы в области не было АЭС и ГЭС, пришлось бы ввозить дополнительно и сжигать на тепловых электрических станциях (которые еще необходимо было бы построить) 12 миллионов угля ежегодно. Это привело бы к увеличению выбросов в атмосферу примерно на 120 тысяч тонн загрязняющих веществ и на 2,5 – 3 миллионов тонн твердых отходов в виде золы и шлака.

В потреблении электроэнергии 35% приходится на предприятия цветной металлургии и 15% - на агрохимическую промышленность.

• Влияние на окружающую среду.

Энергетические объекты участвуют в загрязнении атмосферного воздуха продуктами сгорания органического топлива. Они выбрасывают в атмосферу сернистый газ, окислы азота, окислы углерода, золу. Крупные котельные и 4 малые ТЭЦ, использующие высокосернистый мазут, в основном оборудованы устройствами по улавливанию загрязняющих веществ. Мелкие котельные в своём большинстве не оборудованы фильтрами и совместно с Апатитской ТЭЦ, работающей на угле, являются в области основными энергетическими источниками загрязнения окружающей среды.

Вклад объектов энергетики области в загрязнение воздуха определяют следующие факты:

• высокий общий уровень и концентрации энергопотребления,

• низкое качество твердого и жидкого топлива, используемого в энергетике,

• несовершенство устройств для улавливания твердых и газообразных веществ.

Влияние на водные объекты. Энергетические объекты оказывают влияние и на природный режим водных объектов.

Гидроэлектростанции используют энергии водных ресурсов. Сооружаемые для этих целей водохранилища приводят к подтоплению и заболачиванию окружающей территории вследствие подъема уровня грунтовых вод, что можно проследить в радиусе до нескольких десятков километров. Кроме того, изменяется гидрологический режим рек, гидрологический режим рек, гидрохимические показатели качества вод, что можно проследить в радиусе до нескольких десятков километров. Кроме этого изменяется гидрологический режим рек, гидрохимические показатели качества вод, преграждаются пути миграции рыб. Так, река Нева, на которой сооружен Каскад Невских ГЭС, состоящей из 3 ГЭС, полностью утратила свое рыбохозяйственное значение.

Перспективы развития нетрадиционной энергетики в России.

Ратификация Россией Киотского протокола и ее вступление в ВТО (Всемирную торговую организацию) будут способствовать развитию возобновляемых источников энергии. К 2015 году 1 млрд. человек на Земле должен будет получать электроэнергию из возобновляемых источников. Под этим лозунгом в Германии проходила международная конференция, посвященная возобновляемым источникам энергии. Многие посчитали знаковым то, что она состоялась одновременно с конференцией ОПЕК, - ведь если цена на нефть будет продолжать расти и дальше, ее основные потребители начнут переходить на альтернативные источники энергии. Правда, большинство аналитиков скептически относятся к идее развития электроэнергетики, независимой от нефти и газа. Причина тому - не только относительная дороговизна альтернативного электричества, но и мощное нефтяное лобби промышленно развитых стран, а в России к этому добавляется еще и противодействие со стороны распределительных электросетей.

«Вопрос использования альтернативных и нетрадиционных источников электроэнергии уже более чем перезрел, - сказал представителям прессы и, в частности, журнала «Эксперт» - директор Института мировой экономики и бизнеса Юрий Мосейкин, - Если в ближайшие годы на этом направлении не произойдет существенного прорыва, то мир ожидают серьезные потрясения».

Надо отметить еще один очень важный момент, который актуален именно для России: мировой энергетический кризис, разразившийся 30 лет назад, совершенно не коснулся СССР, потому что именно в то время было открыто богатейшее месторождение нефти в Сибири. Экономически развитые страны Запада и США в то время были заняты разработкой новых, ресурсосберегающих технологий, позволяющих использовать минимум углеродного сырья, а получать максимальный выход продукции, а Советский Союз «купался» в нефтедолларах, ничуть не заботясь о будущем. Сейчас ситуация повторилась, только теперь для России, которая богатеет на нефти, имеет огромные запасы на дне Баренцева моря и в альтернативных, а тем более нетрадиционных источниках энергии не нуждается. Не горит. Но если в масштабах всей страны, т. е на макроэкономическом уровне правительство не обращает внимания на эту проблему, то на микроэкономическом, в масштабе городка, поселка, отдельного человека вопрос снабжения электроэнергией, теплом и водой стоит очень остро. Почему?

Дело в том, что Россия хочет войти во Всемирную торговую организацию, а для этого она должна выполнить ряд условий, которые ей диктуют страны- члены ВТО.

Первое условие - стать страной с рыночной экономикой. Европа признала, что мы стали такой страной.

Второе условие - подписать Киотский протокол. Подписали, хотя здесь тоже были довольно суровые условия: выброс парниковых газов должен быть снижен на треть относительно 1990 года. Но именно в этот период в России был спад в экономике, многие предприятия останавливались, начался распад Советского Союза и для того, чтобы снизить выбросы в атмосферу на величину требуемую мировым сообществом, пришлось бы просто остановить тот экономический рост, который сейчас наблюдается в нашей стране. При всех сценариях развития экономики, Россия гарантированно не превысит планки своих обязательств относительно выбросов в атмосферу (17,4% мировых выбросов парниковых газов).

Третье условие, которое касается всех жителей России - мы должны получать электроэнергию по такой же цене, как жители Франции, Германии или Англии. Похоже, что и это условие потихоньку начинает выполняться, судя по тому, как растут цены на электроэнергию.

На этом моменте стоит остановиться и рассмотреть подробнее, как третье условие отразится на среднестатистическом жителе российской глубинки. Мы уже привыкли к тому, что цены на энергоносители в мире постоянно растут, чего не скажешь про наши реальные зарплаты. По данным английской газеты «Гардиан», притом, что Россия «купается» в нефтедолларах, минимальная зарплата, установленная правительством, на порядок меньше, чем в самых бедных странах, вошедших в Европейский Союз.

Мы очень холодная страна, и отопление в наших домах должно быть включено в течение 8-9 месяцев в году. Энергетики имеют право отключать электроэнергию за неуплату, что и происходит в последнее время достаточно часто, и их не интересует, что ваша пенсия или зарплата никак не укладывается в их тарифы. Вот здесь и проявляется в полной мере российская смекалка: доморощенные энергетики создают домашние электростанции иногда и с риском для жизни.

Еще в 50-х годах московский ученый Филимоненко построил энергетическую установку, использующую тяжелую воду в качестве топлива, но наш современник, волгодонский инженер-конструктор Александр Колдамасов, работающий в институте атомного энергетического машиностроения, нашел свой, более простой и дешевый способ, который был назван автором «шаровая молния в воде». Фактически инженеру удалось создать и успешно испытать реактор для холодного ядерного синтеза, производящего энергии в 20 раз больше, чем затрачивается на его работу. Устройство имеет небольшие габариты, его можно ставить на стол, или под стол. Фактически, если поставить производство миниэлектростанций на промышленную основу, то каждый желающий за небольшую плату мог бы приобрести собственную электростанцию и ее работы хватило бы очень надолго. Возможно навсегда.

Евгений Гигаури и Евгений Папушин предлагают электростанцию, которая помещается в небольшом чемоданчике. Его можно поставить в автомобиль, можно устроить круглогодичное отопление теплицы на дачном участке, а можно взять с собой как источник тепла и света в туристический поход. Выгод от внедрения этого изобретения очень много.

Во-первых, используя такую миниэлектростанцию в качестве источника энергии для движения автомобиля, сразу отпадет необходимость производить горюче-смазочные материалы, которые дымят, шумят, воняют. Напрочь исчезнет источник разрушающего нас мира, потому что не надо будет уродовать Землю, добывая из нее миллиарды тонн угля, нефти, газа, попутно уничтожая легкие планеты - леса.

Во-вторых, человек сможет жить там, где его душа пожелает, потому что нынешнее гигантское скопление людей в городах связано, прежде всего, с концентрацией их вокруг источников энергии. С новыми электростанциями сами города изменят свой облик, и каждый из них превратится в город-сад правительством, на порядок меньше, чем в самых бедных странах, вошедших в Европейский Союз.

Конечно, все эти перспективы выглядят весьма заманчиво, но куда девать людей, которые работают на традиционных электростанциях, на автозаправках, куда девать геологов и нефтяников?

Здесь хочется рассказать о еще одном изобретателе - Евгении Крылове - из Перми, который создал «гравитометр Крылова», т. е. устройство для преобразования энергии гравитационного поля в электричество. Автор не хочет называть эту установку вечным двигателем, возможно потому, что уж больно проста конструкция: «Для подготовки простейшего опыта, доказывающего возможность преобразования энергии гравитации в электрическую энергию, мне достаточно одного часа, - говорит изобретатель, - а в течение суток при наличии материалов и двух-трех мастеров я могу создать работающий образец». Следует отметить, что необходимые для устройства материалы широко распространены и очень дешевы. Аппарат экологически безопасен, поскольку в нем не используются вещества, опасные для здоровья человека.

«Вся сложность этой установки в том, что она удивительно проста. Можно всю энергопромышленность России и ближнего зарубежья перевести на новую технологию в течение двух лет, убрав котлы, топки, реакторы. Переоборудование будет стоить мизерные деньги» - сокрушается Крылов. Ему не удалось запатентовать свое изобретение, тем более, что патент действителен только на территории России. Дальше Крылов решил продать свою разработку, тоже не получилось. Он нашел фирму, которая занялась продвижением его проекта на рынок, но на определенном уровне все в мгновение ока начинало рушиться. Оказалось, что простота и дешевизна агрегата поставила под угрозу торговлю нефтью, вокруг которой крутятся огромные деньги. Эти события происходили почти 15 лет назад.

В информационной программе «Сегодня», показанной 4 декабря 2005г. по НТВ, один из репортажей рассказывал о том, как простые граждане из российской глубинки решают проблему снабжения электроэнергией собственными силами. В одном из сел Орловской области умелец, построивший ветряную электростанцию у себя во дворе, снабжает- электроэнергией целое село. На освещение всех домов мощности его электростанции хватает. В Оренбургской области руководитель крошечной фабрики по производству валенок решил использовать солнечные батареи для производства электроэнергии, необходимой его предприятию. Мера эта была вынужденной, потому что продукция имеет очень немногочисленных и далеко не самых богатых покупателей, а пользуясь электроэнергией, предоставляемой РАО ЕС России, предприятие превратилось бы в банкрота. В одном из животноводческих хозяйств Нечерноземья в качестве энергетического источника стали использовать навоз, который при соответствующей и очень несложной переработке, дает достаточное количество газа. Если учесть, что сейчас на рынке огромное предложение газовых электрогенераторов, хозяйство успешно смогло решить свои проблемы, связанные с ценами на электроэнергию.

Таким образом, это свидетельствует о том, что в стране появились альтернативные источники энергии, которые при массовом использовании населением и мелкими хозяйствами, смогут составить конкуренцию РАО ЕС.

Вывод.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывает неизбежность скорейшего перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Но пока мир полностью не перейдет на альтернативную энергетику, мы не можем полностью судить о выгоде альтернативных источников энергии.

Самое большее количество энергии в мире потребляет США, «страна технического прогресса», куда уезжает самое большое количество русских ученых, специализирующихся по вопросам энергетики.

Мировая экономика стоит перед необходимостью спешно преодолеть целый комплекс проблем в энергетике: от исчерпания запасов сырья до разрушения среды обитания в результате использования традиционных источников энергии. Коренной проблемой является недостаток и высокая стоимость почти всех традиционных видов сырья и энергии. Запасы полезных ископаемых стремительно сокращаются, а их добыча усложняется и становится все дороже.

Применение ВЭУ в зонах децентрализованного энергоснабжения способно вытеснить до 30-50%, а в наиболее ветреных районах до 70% дефицитного органического топлива, расходуемого местными дизельными электростанциями и котельными.

Применение ветроэнергетических установок для целей теплоснабжения потребителей позволит превратить ветер из климатического фактора, определяющего повышенные теплопотери, в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления. И одновременно все граждане, которые будут пользоваться таким источником энергии, смогут сэкономить свои денежные средства, ведь стоимость электроэнергии значительно упадёт.