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


  • Нефте- и газодобыча уже в течение многих лет — ведущие отрасли российской экономики. В иные периоды они давали до 50% поступлений в федеральный бюджет. Это стало возможным только после введения в эксплуатацию крупнейших месторождений Западной Сибири. Поиск месторождений, ставших открытием века, стоил огромного труда. Основной вклад в него внесли сибирские геологи.
    Чтобы понять, где и как искать нефть, — а ее считают самым труднодоступным богатством планеты, — надо знать, как она образуется. В 1932 году была опубликована классическая работа основоположника советской нефтяной геологии Ивана Михайловича Губкина (1871-1939) «Учение о нефти», которая сыграла огромную роль в развитии представлений о происхождении нефти и формировании ее залежей. Он сформулировал четыре этапа образования нефтяных запасов, которые и сегодня лежат в основе научных воззрений о процессах нефтеобразования.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • Экспоненциальный рост населения и истощение природных ресурсов заставляют ученых придумывать самые невероятные проекты по спасению планеты. Один из них — космические электростанции, передающие на Землю энергию Солнца посредством микроволнового излучения. Технология эта не столь фантастична, как может показаться на первый взгляд.
    Вполне возможно, что лет через тридцать на геостационарной орбите обоснуется группировка объектов, каждый из которых будет подозрительно напоминать «Звезду смерти». Необъятные зеркальные крылья, нечто вроде электромагнитной пушки и наземная приемная антенна километров десять в диаметре — так будет выглядеть система глобального энергоснабжения.
    Вернее, такой ее представляли конструкторы еще в 1970-х. И уже тогда это не было научной фантастикой! В связи с энергетическим кризисом американское правительство выделило $20 миллионов агентству NASA и компании Boeing на проработку проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).



  • 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

  • При минусовой температуре проблемы с запуском двигателя гарантированы. Это знает каждый опытный автомобилист, которому не раз приходилось подолгу просиживать в холодном салоне, пытаясь завести автомобиль. А вот о причинах этих самых проблем думает далеко не каждый водитель. Еще до того, как температура опустится ниже нуля, важно сменить все жидкости в автомобиле на незамерзающие. Это касается моторного масла, охлаждающей жидкости, жидкости в бачке омывателя. Нужно тщательно смазать стартер и прочие системы мотора, от этого также зависит степень прилагаемых для запуска двигателя усилий в сильный мороз.



  • ...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


  • Теперь уже никто не сомневается, что в расстрельные 30-е годы прошлого века ничего прогрессивного в России существовать не могло. Старшее поколение стыдливо молчит, поскольку высказывать иную точку зрения ныне считается непатриотичным. А постперестроечное вообще не ведает, что в основе многих модных сейчас инновационных проектов лежат неосуществленные мечты почти восьмидесятилетней давности. Примером может служить история со сгущенным бензином.

    • 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


  • 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


  • Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

    В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

    • Страницы
    • 1
    • 2