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


  • 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).



  • 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...



  • 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


  • 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


  • 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


  • ...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


  • 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


  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • 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.