Проблемы энергетики и будущее человечества. Часть 2

Вс, 08/16/2015 - 23:46

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

Ветровая энергетика имеет ряд недостатков.
Во-первых, ВЭС целесообразно строить лишь в местах, где систематически наблюдаются ветры со скоростью не менее 10 м/c. (Окупаемость ВЭС начинается со скоростей ветра, равных 5 м/с.) Такие ветры характерны для морских побережий и горных перевалов.
Во-вторых, ВЭС являются источником вредных инфразвуковых шумов, неблагоприятно влияющих на человека и биосферу в целом. Диапазон частот шума изменяется в широких пределах: от десятых долей до десятков герц. Известно, что примерно в этом же диапазоне частот находятся ритмы биологической активности мозга человека, резонансные частоты его органов.

В-третьих, ВЭС генерируют помехи телевизионной сети.
Главный недостаток ветровой энергетики связан с достаточно низкой концентрацией энергии (мощности). Из-за этого длина лопастей ВЭС достигает 100 м. Площадь участка Земли, отведенного под одну станцию, приблизительно на порядок превышает площадь ветрового колеса и составляет 1…10 га.
В настоящее время суммарная мощность ВЭС в мире достигает 190 ГВт (в США — 80 ГВт или 5% общей потребляемой мощности). В период с 2000 по 2010 гг. мощность ВЭС ежегодно возрастала в среднем на 27% (за три года она удваивалась).

Морские ветровые волны. В свою очередь, ветер является источником морских волн. Их энергия составляет примерно 2% от энергии ветра. Величина плотности потока энергии при этом очень незначительна (0,5 Вт/м²). С этим связан главный недостаток источника энергии. Второй недостаток заключается в трудности технической реализации станции, дающей электроэнергию.

Тепло океана. Как известно, температура воды в океане убывает с ростом глубины. Перепад температур может использоваться для извлечения энергии. Если охладить поверхностный слой океана толщиной 20 м в диапазоне от 20° с. ш. до 20° ю. ш. на 1°, то с площади участка океана, равной 20 млн кв. км, можно извлечь энергию, близкую к 1,7∙1021 Дж.

При извлечении этой энергии в течение года имеем потенциальный ресурс мощности около 5∙1013 Вт. Для данного источника плотность потока энергии составляет 2,5 Вт/м².
Основные недостатки этого вида возобновляемой энергии заключаются в малом значении плотности потока энергии и в высокой стоимости ее извлечения.

Приливы в океане. Энергия и мощность прилива пропорциональны площади участка океана и квадрату высоты прилива.
Если в качестве площади выбрать площадь Мирового океана, энергия, мощность и плотность потока энергии составляют 4,5∙1017 Дж, 1013 Вт и 2,5∙10-2 Вт/м² соответственно.
Видно, что в Мировом океане, где средняя высота приливов около 1 м, величина плотности потока энергии крайне низкая. В этом также состоит главный недостаток такого источника энергии.
В отдельных заливах высота приливов достигает 10…20 м. При этом плотность потока энергии 2,5…10 Вт/м². При площади участка океана, равной 1 кв. км, имеем мощность приливов 2,5…10 МВт.

Течения и вихри, перепады солености в океане. Энергетика океанических течений и вихрей оказывается внушительной. Энергию этих процессов принципиально можно использовать для нужд человечества. Наибольшую величину имеет тепловая энергия.
Оказывается, что плотность потока тепла для течения пропорциональна разности температур в течении и окружающей воде, а также скорости течения.
Например, при разности температур 10°С и скорости 6 м/с плотность потока энергии составляет 2,4∙108 Вт/м². Такие значения относятся к исключительно большим. Плотность потока тепла в океаническом вихре за время одного оборота равна 1,7∙105 Вт/м².

Таким образом, для вихрей и особенно для течений концентрация энергии очень высокая. Изъятие ее, однако, может оказаться чреватым более серьезными экологическими последствиями, чем, например, знаменитое явление Эль-Ниньо.
Добавим также, что заметной энергетикой обладают перепады солености воды в океане. Между тем величина плотности потока энергии для них исключительно мала (см. табл. 7). Поэтому использование этого источника энергии нерентабельно.

Тепло Земли. Наша планета обладает огромным запасом тепловой (геотермальной) энергии (около 5∙1031 Дж).
Главных причин возникновения этой энергии четыре: исходное теплосодержание (около 34%), гравитационная дифференциация ядра (44%), распад радиоактивных элементов (16%) и приливное трение в твердой оболочке (4%). Плотность потока тепловой энергии Земли составляет 0,05…0,10 Вт/м².

Без всяких экологических последствий, по-видимому, можно изъять 0,1% геотермальной энергии, т. е. 5∙1028 Дж. При потребляемой мощности 1013…1014 Вт ее достаточно для удовлетворения нужд человечества в течение 15 — 150 млн лет. В настоящее время извлекается геотермальная энергия мощностью около 20 ГВт, а с учетом КПД, равного 35%, используемая мощность составляет около 7 ГВт. За счет использования тепловых насосов дополнительно «добывается» около 10 ГВт геотермальной энергии (половина — в США).

Другие материалы рубрики


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Недавно в новостях услышал информацию о том, что весной 2010 г. городское население планеты превысило сельское и составляет 51%. В 2020 г. городское население уже будет составлять 57%.
    Вроде бы ничего интересного. Сухая статистика.
    Но за этой статистикой просматривается очень настораживающая тенденция, если учесть, что за этот период население Земли вырастет с 6,8 до 8 миллиардов человек.
    Урбанизация растет огромными темпами.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра.
    Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени.
    Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.
    Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:
    — по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);
    — по количеству лопастей (одна, две, три и более);
    — по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);
    — по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Сначала приведем высказывание российского геофизика Е.П. Борисенкова о прошлом человечества:
    «Причины гибели или упадка некоторых цивилизаций, а также многие неблагоприятные социальные явления в период средневековья так же, как и в древней истории, были связаны с экологией.
    Если мышление человека античности в ряде случаев было настолько эгоистичным, что, несмотря на свои выдающиеся по тому времени научные и естественные познания, он не думал о связи между лесом, водой, почвой и последствиями своей деятельности, то и в период средневековья человечество ушло от этого уровня понимания не очень далеко».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4