Неисчерпаемые источники энергии, их классификация и использование

К неисчерпаемым энергетическим ресурсам относятся: энергия приливов и отливов, энергия Солнца, энергия ветра, энергия земных недр и т.п.

В настоящее время неисчерпаемые энергоресурсы используются незначительно. Их применение крайне заманчиво, многообещающе, но требует больших расходов. При ориентации части энергетики на нетрадиционные источники важно правильно оценить их долю экономически оправданную для применения.

При планировании энергетики на нетрадиционных источниках важно учесть их особенности по сравнению с традиционными. К ним относятся следующие:

1) Периодичность действия и зависимость от природных закономерностей и, как следствие, колебания мощности этих источников.

2) Низкие, на несколько порядков ниже, чем у возобновляемых источников плотности потоков энергии и рассеянность их в пространстве. Поэтому энергоустановки на нетрадиционных источниках эффективны при небольшой единичной мощности и прежде всего для сельских районов.

3) Применение неисчерпаемых ресурсов эффективно лишь при комплексном подходе к ним. Например, отходы животноводства и растениеводства на агропромышленных предприятиях одновременно могут служит сырьем для производства метана, а также удобрений.

4) Экономическую целесообразность использования того или иного источника неисчерпаемые энергии следует определять в зависимости от природных условий, географических особенностей конкретного региона, с одной стороны, и в зависимости от потребностей в энергии, с другой. Рекомендуется планировать энергетику на таких источниках для районов размером порядка 250 км.

При выборе источников энергии следует иметь в виду их КПД.

Неисчерпаемые источники энергии по их качеству условно делят на три группы:

1) Источники механической энергии, обладающие довольно высоким КПД:

– ветроустановки —30%,

– гидроустановки — 60%,

– волновые и приливные станции — 75%.

2) Источники тепловой энергии:

– солнечное излучение 28,5,

– биотопливо, обладающее КПД не более 35%.

3) Источники энергии, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления, имеют различное качество на разных частотах излучения; в среднем КПД фотопреобразователей составляет порядка 15%.

Солнечное излучение

На земную поверхность в течение года поступает солнечное излучение, эквивалентное 178 тыс. ГВт (что в 15 тыс. раз больше энергии, потребляемой человечеством). Однако около 30% этой энергии отражается обратно в космическое пространство, 50% — поглощается, 20% — идет на поддержание геологического цикла и расходуется на фотосинтез. Солнце — источник энергии очень большой мощности. 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности равно всем запасам органического топлива на Земле.

Однако солнечную энергию нужно улавливать на сравнительно большой площади, сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать для промышленных, бытовых и транспортных нужд.

Кроме того, надо уметь запасать солнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и в пасмурные дни. Перечисленные трудности и затраты, необходимые для их преодоления, привели к мнению о непрактичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однако во многих случаях проблема преувеличивается. Главное - использовать солнечную энергию так, чтобы ее стоимость была минимальна. По мере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов эта энергия будет находить все новые области применения.

На практике солнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно. Косвенное преобразование может быть осуществлено путем превращения воды в пар с помощью зеркал и последующего использования пара для генерирования электричества. Такая система может работать только при прямом освещении солнечными лучами.

Эффективный солнечный водонагреватель был изобретен в 1909г.

Считается многообещающей солнечная энергия рефлекторов, собирающих и концентрирующих тепло и свет, для нагрева воды.

Различают три основных преобразователя солнечной энергии в электрическую:

1. Фотоэлектрические преобразователи- ФЭП - полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество. Несколько объединённых ФЭП называются солнечной батареей (СБ).

2. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС)- солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.).

3. Солнечные коллекторы (СК)- солнечные нагревательные низкотемпературные установки. Особенность коллекторов состоит в том, что лучевоспринимающая поверхность обработана компонентами, которые обеспечивают максимальное тепловосприятие и нагревают воду, проходящую по трубкам внутри.

Фотоэлектрические преобразователи - ФЭП.

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фото-преобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт. Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий, на ограждениях автодорог для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля, на промышленных сооружениях. Она занимает примерно 20-30 квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт/ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы, энергия может быть возвращена владельцу гелиоустановки.

В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.