Проблемы малой энергетики

Пнд, 05/18/2009 - 12:03

Источник: журнал "Наука и техника"

Рис. 1 Вид панелей солнечной батареи

Рис. 2 Солнечные батареи с концентратором

Рис. 3 Вид традиционного ветрогенератора

Как только человек произошел от обезьяны, его потребности в энергии сильно выросли. Теперь ему нужно было не только добыть пищу, но и приготовить ее, обогреть себя, сделать орудия труда. В первую очередь в качестве энергоносителей человечество освоило то, что буквально лежало под ногами, недаром классическим способом получения огня считается трение друг о друга разнообразных деревянных конструкций. Помимо дров, в ходе истории использовались (и используются сейчас) уголь, торф, масло, парафин, а также многое другое – все, что горит, чем можно запастись и использовать для отопления, освещения, приготовления пищи.

Нужно заметить, что все источники энергии на земле, кроме, разве что, ядерных – результат работы солнца, естественного термоядерного реактора. В процессе эволюции Земли эта энергия была накоплена растительностью и за сотни миллионов лет превратилась в привычные для нас уголь, торф, нефть, газ. Эти энергоносители, в основном, и взяла на вооружение энергетическая промышленность. Но сжигание угля сильно вредит экологии, нефть и газ могут закончиться уже в обозримом будущем, а торф или другая биомасса низкокалорийны и идут на нужды населения. Успешно работают мощные гидроэлектростанции, но плата за это – непоправимый ущерб рекам, на которых они расположены и сельскому хозяйству в их поймах. Впоследствии вошли в строй атомные электростанции, которые при безаварийной работе почти не загрязняют окружающую среду. Однако, как показал опыт, авария на АЭС чревата серьезными последствиями.

Современный человек ассоциирует энергию прежде всего с электричеством. Электрическая энергия - это то же тепло от сгорания газа, угля или урана в ядерном реакторе, только преобразованное в удобный для транспортировки и использования вид. То, что мы сейчас относим к альтернативной энергетике, уже давно было освоено: вспомните ветряные и водяные мельницы, парусные суда или обыкновенные бочки с водой, стоящие на даче в летний солнечный день. Поэтому деление источников энергии на традиционные и альтернативные во многом условно. Альтернативные источники энергии считаются таковыми прежде всего потому, что их в балансе мировой энергетики гораздо меньше, чем традиционных, как правило не более 30% у самых развитых в этом отношении стран.

Основными направлениями в альтернативной энергетике считаются использование энергии солнца, ветра, гидроэнергетики малых рек, энергии биогаза, энергии приливов и геотермальной энергии. Последние два способа получения энергии уже давно и успешно используются, поэтому подробнее расскажем лишь о тех, которые могут быть интересными для мелких и домашних хозяйств, и прежде всего в аспекте получения электрической энергии.

Солнечная энергия

Есть место, где энергия светового излучения солнца занимает лидирующие позиции. Это космос. Здесь солнечным батареям не мешают ни погода, ни короткий солнечный день. В открытом космосе около Земли на один квадратный метр полупроводниковой солнечной батареи приходится приблизительно 1,4 кВт световой энергии солнца. Это и позволяет сотням искусственных спутников бесперебойно выполнять свои разнообразные задачи. Если же с этими батареями опуститься на землю, то придется считаться с рядом факторов, которые существенно понизят их отдачу, а в некоторых случаях вообще сделают их использование невозможным. Прежде всего, часть световой энергии солнца поглотит даже самая чистая атмосфера. И чем ниже солнце над горизонтом, тем больший путь проходят в атмосфере его лучи и тем меньше их остается нам. Это делает малоэффективной установку солнечных батарей в высоких широтах, несмотря на то, что там полгода длится полярный день.

Особенности климата заставляют применять солнечные батареи в тех местах, где больше солнечных дней в году, конечно, если речь идет о промышленном получении энергии этим способом. Для мелких хозяйств, скорее всего, такая энергетическая установка будет невыгодна, за исключением случаев, о которых будет сказано дальше.

Другие материалы рубрики


  • ...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


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • 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


  • 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


  • 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


  • 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


  • 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


  • 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).



  • 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.