Энергия подземного тепла

Как известно, с углублением под Землю возрастает температура (в среднем на 3 ° С на 1 км), а в вулканических районах значительно быстрее. По оценкам специалистов, в земной коре в глубины 7-Ю км аккумулировано тепло, общее количество которого в 5 тыс. Раз превышает теплоемкость всех видов ископаемого топлива, на Земле. Теоретически всего лишь 1% тепла, содержащегося в Земной коре в глубины 5 км, хватало бы для того, чтобы решить энергетические проблемы человечества на ближайшие 4 тыс. Лет. И на практике это источник энергии используется еще очень мало. Наилучшие результаты достигнуты в районах активной вулканической деятельности, таких как Исландия, Камчатка и т.п., где близко к поверхности залегают термальные воды. Через скважины горячая водяной пар поступает в турбины и производит электроэнергию. Отработанная горячая вода (75-80 ° С) используется для отопления домов, теплиц, животноводческих ферм и тому подобное. В холодной Исландии в оранжереях, обогреваемых термальными водами, даже выращивают бананы, а столица страны Рейкьявик в течение последних 40 лет полностью отапливается подземным теплом.

В США (штат Нью-Мексико) работает другая термальная электростанция. Здесь на глубине 4 км скальные породы нагретые до температуры 185 ° С. Вода, закачивается насосами через скважину, нагревается и уже в виде пара с температурой 150 е С возвращается на поверхность, где вращает турбины электростанции, питающей электроэнергией поселок с двухтысячным населением, а отработанная горячая вода подается в систему центрального отопления. Эксперименты по использованию геотермической энергии по такому же принципу проводится в Великобритании, Франции и Японии.

Особенно эффективными термальные воды есть в сельском хозяйстве. Так, на Северном Кавказе себестоимость тепличных овощей, выращенных на геотермальных водах в 1,5 раза ниже, чем там, где парники обогревают за счет котельных, шо работают на мазуте. Нефтяники часто находят здесь термальные воды, которые поступают из скважины вместо нефти.

В Украине до сих пор нет ни одной установки такого типа, однако, перспективными зонами для использования геотермальной энергии являются Карпаты, Закарпатье и Крым.

Во время преобразования геотермальной энергии возникает проблема отработанных подземных вод. Как правило, они сильно минерализованные, и их нельзя спускать в реки. С некоторых таких рассолов добывают йод, бром, литий, цезий, стронций, рубидий и еще некоторые элементы. Отработанные воды снова закачивают в подземные горизонты для повторного использования тепла Земли.

Энергия Солнца

Солнце является мощным источником экологически чистой энергии. На каждый квадратный метр поверхности земной атмосферы падает 1300 Вт солнечной энергии. Однако, к земной поверхности она доходит не вся - часть отражается в космос, часть рассеивается атмосферой, расходуется на образование озонового слоя и т. Интенсивность солнечного излучения, достигающего Земли, зависит от нескольких факторов, прежде всего от географической широты местности, а следовательно, угла наклона лучей к плоскости поверхности. Наибольшая она на экваторе (до 2300 кВт / м в год), а на широте Украины (45 °) составляет около 1900 кВт / м в год. Такая рассеянность солнечной энергии является главным препятствием для ее использования. Однако, это не останавливает ученых и инженеров, работающих над проблемой преобразования солнечной энергии, ведь только 3,5% солнечной энергии, падающей на Землю, может обеспечить все энергетические потребности человечества на неограниченное время.

В настоящее время существуют следующие направления использования солнечной энергии: получение электроэнергии, бытового тепла, высокотемпературного тепла в промышленности, на транспорте. Наибольших успехов достигнуто в установках так называемой "малой энергетики".

Для получения электроэнергии используется несколько методов. С нихнайперспективнишим считается метод непосредственного преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью полупроводниковых фотоэлектрических генераторов (солнечных батарей). Наиболее распространены кремниевые батареи, имеют КПД 18-20%, больший КПД (до 23%) у генераторов из арсенида галлия. Американские ученые разрабатывают Двухкаскадные фотоэлектрические генераторы, КПД которых составит 40%, а может и 50%. На сегодня такие батареи применяются еще ограничено: на космических станциях (где их суммарная мощность превышает 10 кВт, а площадь -100 м 2), ретрансляторах, навигационных маяках, телефонных станциях в пустынных местностях, для питания небольших радиостанций геологов, чабанов и тому подобное. Широко используются солнечные батареи, вмонтированные в микрокалькуляторы, электронные игрушки и т. Создание крупных электростанций на солнечных батареях сдерживается высокой стоимостью самих станций и стоимостью произведенного киловатта энергии, что сейчас значительно выше, чем в ТЭС и АЭС. Однако, наблюдается тенденция к снижению стоимости батарей. Так, интенсивные разработки американских ученых в этой области позволили за десять лет снизить стоимость солнечных батарей в 50 раз. Ожидается, что она будет уменьшаться и дальше, тогда как стоимость строительства ТЭС и АЭС стабильно растет.

Электроэнергию можно получать также с помощью генераторов, использующих тепловое воздействие солнечных лучей (паротурбинные, термоионным и термоэлектрические генераторы). Одной из таких станций является солнечная электростанция (СЭС), построенная в Крыму возле Керчи.

Солнечные электростанции не загрязняют окружающей среды. Правда, они занимают большие площади земель. Однако на Земле есть около 20 млн. Км 2 пустынь. В этих зонах земли непригодны для сельского хозяйства, поток солнечной энергии высокий и количество облачных дней в течение года минимальная.

Солнечная энергия может использоваться для получения бытового тепла - отопление жилых помещений. Разработаны проекты солнечных домов, которые уже реализованы в различных странах (США, Туркменистан, Узбекистан). Используется солнечные лучи, падающего на крышу и стены дома, покрытые специальными коллекторами тепла. В них нагревается вода (до 93 °). Для сохранения тепла, в частности на зимний период, ночь и облачные дни, часть легче встает в специальные резервуары, расположенные в подвальном помещении и заполнены щебнем. Тепло, аккумулированный щебнем, используется тогда, когда возникает необходимость. Летом солнечная система такого дома может применяться и для охлаждения помещений (кондиционирование воздуха). С этой целью коллекторы днем отключаются, а ночью работают, охлаждая щебень в резервуарах ночным прохладным воздухом. Затем, в течение жаркого дня, охлажденный щебень забирает тепло из помещений.

По мнению американских ученых, к 2005 году отопление и кондиционирование за счет Солнца в США будет внедрена в 15% домов, а к 2020 году их количество составит не менее 35%. Для Украины эта проблема также очень актуальна, особенно для южных областей, где летом жарко, а зимой не хватает топлива.

Следует добавить, что в экспериментальных солнечных домах, построенных в США, кроме коллекторов-собирателей тепла, крыши покрывают еще и солнечными батареями, которые обеспечивают дома электроэнергией в течение дня. Это дает большую экономию электроэнергии, потребляемой таким домом из сети.

Солнечная энергия в южных районах может быть использована также для приготовления пищи, сушки зерна и фруктов, опреснения воды, подъема воды из глубоких колодцев и т. Разработано достаточно удобные устройства для таких целей, например, параболические зеркала диаметром около 1,5 м. В фокусе такого зеркала трехлитровый чайник с водой закипает за 10 мин.

Для промышленных целей с солнечной энергии можно получить высокотемпературный тепло (до 3800 С) в печах. Такие печи работают во Франции и Узбекистане. По сравнению с обычными печами солнечные имеют ряд преимуществ: расплавленное вещество не соприкасается с топливом или плавильным тиглем, плавку можно осуществлять в любой атмосфере, такая печь не загрязняет окружающую среду.

Солнечная энергия может использоваться и на транспорте- для энергопитания автомобилей, небольших судов и даже самолетов. С площади несколько квадратных метров (крыша микроавтобуса) можно собрать энергию для питания аккумуляторов, которые двигают автомобиль.

Таким образом, солнечная энергетика имеет большое будущее. ее развитие сегодня, особенно в странах бывшего СССР, сдерживается недостаточным финансированием.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >