Проблемы энергетики и будущее человечества. Часть 2

Вс, 08/16/2015 - 23:46

Главная трудность в использовании этого (практически неисчерпаемого) источника энергии заключается в ее крайне низкой концентрации. Другие трудности связаны с большой глубиной залегания тепловой энергии и малой теплопроводностью вещества внутри планеты. Поэтому в настоящее и ближайшее время реальным является использование тепловой энергии лишь на небольших глубинах (до 10 км).

Известно, что температура горных пород повышается в среднем на 30°С на каждый километр глубины. Поэтому на глубине 5 км температура подземной воды равна 150°С. Ee объем — около 8,5∙1016 м³, а тепловая (гидротермальная) энергия достигает 3∙1025 Дж.

При потребляемой мощности 1013 Вт гидротермальную энергию можно использовать в течение 100 тыс. лет. Главный недостаток заключается, опять-таки, в очень низких значениях плотности потока энергии, а значит, в высокой ее себестоимости. Задача облегчается в тех районах Земли, где гидротермальные воды выходят наружу, где существуют гейзеры. Их потенциальный ресурс — около 3∙1013 Вт.

На больших глубинах температура горных пород выше. На глубине порядка 10 км она достигает 300°С. Нагретые породы являются источником энергии. Он называется петрогеотермальным. Например, тепловая энергия литосферного слоя при средней температуре 150°С составляет около 1027 Дж. Из-за низкой теплопроводности горных пород существуют серьезные трудности в изъятии тепла. Задача облегчается в околовулканических районах. Для них потенциальный ресурс составляет около 3∙1016 Вт.

По прогнозам, к концу XXI в. доля геотермальных ресурсов в мировом энергобалансе может составить 30…80%.

Течения рек. Расход воды рек мира, измеряемый объемом переносимой воды в единицу времени, в среднем близок к 106 м3/с. Потенциальный ресурс мощности рек определяется в основном потенциальной энергией массы воды (вклад кинетической энергии течения этой массы на несколько порядков меньше). В среднем скорость течения составляет 1…10 м/с, высота массы воды над уровнем моря близка к 300 м. Вычисления дают, что потенциальный ресурс мощности равен 3∙1012 Вт. При этом плотность потока энергии составляет 9∙106 Вт/м².

Главное достоинство гидроэнергии заключается в ее очень высокой концентрации.
Перечислим другие достоинства гидроэнергии. Ее не нужно добывать, перерабатывать и транспортировать. Ее применение не дает вредных выбросов в атмосферу. Гидроэнергия — дешевая. Но и этот источник энергии имеет недостатки. Назовем их.

При строительстве ГЭС и сопутствующих водохранилищ отчуждаются плодородные земли, нарушается водно-химический и гидробиологический режимы реки и ее окрестностей.
Серьезную опасность представляют аварии высотных плотин. Такая авария, например, произошла в 2009 г. на Саяно-Шушенской ГЭС (Россия).

Продукция биосферы. В энергию продукции биосферы на суше переходит 0,1…0,2% энергии солнечного излучения. Здесь образуется сухое органическое вещество массой около 1014 кг в год (скорость его поступления составляет 3∙106 кг/с). Ему соответствует потенциальный ресурс мощности около 1014 Вт.

Оказывается, что и этот источник энергии обладает низким значением плотности потока энергии (около 2 Вт/м²). Для его использования требуется концентрация энергии, т.е. добыча, переработка и транспортировка сухого органического вещества. Далее оно сжигается, и возникает тот же комплекс экологических проблем, который свойственен потреблению угля, нефти и газа.

Использование энергоресурсов. Обратимся вновь к табл. 7. Из нее следует, что наибольший энергоресурс имеют солнечное излучение, петрогеотермальный источник и ветер. Однако им присуща невысокая концентрация энергии (около 10²…10³ Вт/м²). Последний показатель высок у гидроэнергии (около 107 Вт/м²), но ее технический ресурс не превышает 1012 Вт.

Несмотря на очевидные экологические преимущества источников возобновляемой энергии, они пока не используются широко. Это объясняется наличием у них указанных выше недостатков. Только около половины из рассмотренных источников нашли некоторое применение в отдельных регионах мира.
Мощность соответствующих электростанций существенно уступает мощности традиционных электростанций (табл. 8). Из этой таблицы видно, что к самым мощным относятся ГЭС, АЭС и тепловые электростанции. Мощности прочих электростанций в десятки и сотни раз меньше.

Другие материалы рубрики


  • 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


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • 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


  • 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


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Если внимательно присмотреться к рынку многофункциональных преобразователей, то даже не смотря на всемирный спад и уменьшение продаж, многие производители не перестают выступать новые инверторы. Отчасти подобное связано с тем, что компании стараются привлечь внимание покупателей, частично из-за применения последних технологий.
    Несмотря на то, что источник бесперебойного питания купить можно в любом магазине, новинки не так быстро достигают конечного потребителя.


  • 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.



  • 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


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • 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).