Гелиотермальные электростанции
Можно создать гелиотермические электростанции мощностью до нескольких десятков–сотен МВт. К сожалению, серьезная проблема — непостоянство солнечного излучения в течение суток, его зависимость от времени года. Серьезная проблема —Для обеспечения круглосуточного энергоснабжения требуется аккумулирование энергии. В этой связи рациональна совместная работа гелиотермической и гидроаккумулирующей электростанций.
В калифорнийской пустыне была построена высокая башня, заполненная тоннами соли. На ее крыше установлены 1900 солнечных батарей. Днем электростанция "питается" непосредственно от солнца, а в вечернее время, после его захода, соль, разогретая за день с помощью солнечных батарей до температуры 500оС, доводит до кипения воду, а последняя, превращаясь в пар, раскручивает турбины. Это первая в мире солнечная электростанция - прообраз будущих подобных электростанций, способных вырабатывать и хранить электроэнергию Фирма из Лос-Анжелеса построила несколько солнечных установок суммарной мощностью 275 МВт. В их первичном модуле используется нефть, для того чтобы в дополнении к солнечной энергии могли подключаться газовые горелки. Установка мощностью 80 МВт состоит из 852 солнечных батарей длиной по 100 м, Она построена за 9 мес (ТЭС строиться 6–12 лет) причем стоимость 1 кВт/ч энергии - 7-8 центов. Электростанция продемонстрировала, что газ и Солнце как основное источники ближайшего будущего способны эффективно дополнять друг друга. В ночное время и зимой энергию дает газ, а летом и в дневное время - Солнце. Кроме США солнечные термоустановки действуют в Испании (мощность 5 МВт), Иордании (30 МВт).
Возведение таких электростанций в настоящее время - удовольствие дорогое. К сожалению стоимость получаемой электроэнергии несопоставима с ее стоимостью на ТЭС и даже АЭС. Расходы на сооружение в четыре раза больше, нежели расходы на ТЭС, и в три и раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее эксперты уверены, что с развитием технологии цены на нее значительно снизятся.
В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного (модульного) типа.
Идея, лежащая в основе работы СЭС башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах. В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция электрической мощностью 5 МВт; 1600 гелиостатов (плоских зеркал) площадью 25,5 м2 каждый, имеющих коэффициент отражения 0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого цилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га. Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.
В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт. При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные.
В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн. км2 на суше и 18 млн. км2 в океане.
СЭС на базе солнечных прудов значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуют зеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако их можно сооружать только в районах с жарким климатом. В солнечном пруду происходит одновременное улавливание и накапливание солнечной энергии в большом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70 оС. Это обусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия нагревает в основном поверхностный слой и эта теплота довольно быстро теряется.
Обычно глубина пруда составляет 1-3 м. На 1 м 2 площади пруда требуется 500-1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.
Наиболее крупный из существующих солнечных прудов находится в Израиле. Его площадь составляет 250 000 м 2 . Он используется для производства электроэнергии. Электрическая мощность энергетической установки равна 5 МВт. Себестоимость 1 кВт 
ч электроэнергии значительно ниже, чем на СЭС других типов.
Солнечные коллекторы (СК)
Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях. В Центральной Азии на каждый квадратный метр поверхности падает 800—1000 Ватт энергии за 1 час, - это то количество энергии, которое необходимо, чтобы 10-ти тонный грузовик с места разогнался до скорости 100 км/ч !!! Собрать и использовать эту энергию для нагрева воды поможет солнечный водонагреватель-коллектор. Особенность коллекторов состоит в том, что лучевоспринимающая поверхность обработана компонентами, которые обеспечивают максимальное тепловосприятие и нагревают воду, проходящую по трубкам внутри.
В качестве тепловоспринимающей панели можно использовать любой металлический или пластмассовый лист. Пластмассовые панели не находят широкого применения из-за быстрого старения под действием солнечных лучей и малой теплопроводности.
Для достижения более высоких температур теплоносителя поверхность панели покрывают слоями на основе «черного никеля», «черного хрома».
Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2- 3 м 
солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в солнечный день обеспечит нагрев воды до температуры 90°С. В зимний период до 50°С.
Всего в мире на солнечных станциях производится около 1 300 МВт электроэнергии. Это мощность одного атомного реактора. Лидер – Япония, на которую приходится более половины солнечной энергетики мира. Далее следуют Германия и США. Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы площадь 10 млн. м , что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т. Но даже в солнечном Израиле для подогрева плавательного бассейна потребовались солнечные отражатели размером с футбольное поле. В СССР работала экспериментальная солнечная станция в Крыму, но сейчас она пришла в запустение. Строительство станции под Кисловодском заморожено. Опыт использования солнечной энергии для горячего водоснабжения курортов в Краснодарском крае забыт. Качественные фотодиоды Россия продает в Германию и в Испанию, но внутри страны спроса на них нет.
Космические солнечные электростанции
Что если собирать энергию Солнца прямо на орбите еще до земной атмосферы, которая поглощает и рассеивает свет? Конструктивный облик типовой крупномасштабной космической солнечной электростанции в основном определен. Электростанция будет представлять собой грандиозное сооружение массой 20—50 тыс. т. Площадь солнечного коллектора составит около 50 км2. Передача энергии на Землю из космоса возможна с помощью сверхвысокочастотного или лазерного излучений. Антенны - 1 км в космосе и 10 км на Земле. Попытка уменьшить размеры антенн приводит к катастрофическому падению КПД до значений, составляющих доли процента. Ресурс работы электростанции - 30 лет, темп ввода в эксплуатацию 2 шт/год и эксплуатационных расходах около 500 млн. долл/год на каждую электростанцию. Электростанция, выведенная на геостационарную орбиту (высота 36 тыс. км).
На этапе развертывания космической солнечной электростанции потребуется проводить большое число пусков сверхмощных ракет-носителей. Срок создания космической электростанции два года, а частота рейсов ракет-носителей грузоподъемностью 250 т - через двое суток. При этом в верхние слои атмосферы попадает более миллиона тонн продуктов сгорания ракетного топлива. Последствия такого загрязнения атмосферы непредсказуемы, очевидно, они будут носить негативный характер.
Солнечные нагревательные системы могут выполнять ряд функций:
– А) подогрев воздуха, воды для отопления и горячего водоснабжения зданий в районах;
– Б) сушку сельскохозяйственных культур, лесоматериалов для предупреждения их поражения насекомыми и плесневыми грибками;
– В) опреснение воды в солнечных дистилляторах;
– Д) приготовление пищи.
А) Для отопления зданий зимой могут применяться так называемые пассивные системы.
Пассивный солнечный нагреватель: солнечные лучи попадают на заднюю стенку и пол здания, представляющие собой массивные конструкции с усиленной теплоизоляцией, окрашенные в черный цвет. Недостаток такой системы прямого нагрева — медленный подъем температуры в зимние дни и чрезмерная жара летом — устраняется с помощью накопительной стенки с солнечной стороны. Летом такую стену может затенять козырек крыши.
Активные солнечные отопительные системы используют внешние нагреватели воздуха и воды. Их можно устанавливать на уже существующие здания.
Солнцемобиль
Пятьдесят лет назад, 31 августа 1955 года, в Чикаго на выставке достижений концерна General Motors впервые был показан прототип транспортного средства на солнечных батареях. Рядом с ней гордо ходил ее создатель, американский инженер Уильям Кобб.
Солнцемобиль - это электромобиль, снабженный солнечными батареями достаточно большой мощности, в которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый двигатель и заряжающий аккумуляторы. Солнцемобили в большинстве своем машины уникальные. В их конструкции используются оригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда и очень высокая цена. Например, двухместный солнцемобиль "Мечта" обошелся японской автомобильной компании "Хонда" в 2 миллиона долларов.
В начале 90-х годов ХХ века были построены первые шоу-кары, использующие солнечную энергию, ездили такие машинки довольно шустро, развивая скорость до сотни километров в час. Конструирование солнцемобилей и испытание их в гонках постепенно
оформились в новый технический вид спорта - " брейнспорт ". По сути дела - это состязания интеллектов создателей солнцемобилей.
Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%. В 1996г в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций.
Уже созданы шины, которые обладают самым низким коэффициентом сопротивления качению - всего 0,007. Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру. Проехать три тысячи километров и не потратить ни грамма бензина, солярки или иного энергоносителя - такое сегодня можно увидеть только на гонках электромобилей, оснащенных солнечными батареями.
На ежегодном автошоу в Детройте силами студентов Мичиганского университета представлен автомобиль. При высоте менее метра, с тремя колесами, он несет на себе более 3000 солнечных батарей. Мощностью в два киловатта и весом 290 кг вместе с водителем, солнцемобиль способен развивать скорость до 105 км/ч. Стоит такое чудо техники немало: 1,8 миллиона долларов. А можно ли сделать солнцемобиль дешевым?
В Венесуэле государственная автопроизводящая компания обнародовала проект автомобиля на солнечных батареях стоимостью всего в шесть тысяч евро, причем в двух вариантах - легковом и микрогрузовичка.
Однако существует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет популярным и доступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных судах, лодках, катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных средствах. Именно на воде задолго до появления электромобиля было испытано первое транспортное средство с электрическим приводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27 гальваническими батареями поднялась по Неве на несколько километров.
Превратить в "солнечный" транспорт водное судно гораздо проще, чем машину: на палубе катера или лодки намного больше места для размещения солнечных батарей, чем в кузове автомобиля. Есть и другие плюсы. На открытых водоемах фотоэлектрические преобразователи не затеняются ни деревьями, ни домами. Водному транспорту не приходится преодолевать затяжные подъемы и спуски, стремительно разгоняться и тормозить, а значит, им нужно меньше энергии. "Солнечные" суда почти бесшумны.
Первое электромоторное судно, приводимое в движение солнечной энергией, построил в 1975 году англичанин Алан Фримен. Его электрокатамаран развивал скорость до 5 км/ч . В наши дни скорость электролодок с солнечными панелями возросла более чем вдвое, и их можно купить в магазинах спорттоваров, например, в Германии, Швейцарии и других странах.
В 1985 году японский яхтсмен на "солнечном" катере в одиночку пересек Тихий океан за 75 суток, причем, на катере Кеничи Хори работали холодильник, СВЧ-печь , телевизор и бортовой компьютер. Путешественник взял с собой в одиночное плавание даже малогабаритную стиральную машину.
Солнечная кухняПо своей сути солнечная кухня - это бытовая гелиоустановка, предназначенная для приготовления пищи. Солнечная кухня незаменима в сельской местности и местах, где нет центрального газоснабжения. Например, всего за 15 минут на солнечной кухне можно вскипятить трехлитровый металлический чайник воды. Так же, солнечные кухни очень удобны в походных условиях. После использования "зонтик" можно сложить и положить в багажник машины.
Солнечная стена
Предназначена, главным образом, для офисных и промышленных сооружений среднего и большого "калибра".
"Солнечная стена" - это вторая стена, устанавливаемая с зазором поверх южной стены здания. Летом же, эта чёрная стена помогает зданию охлаждаться. Только теперь в системе переключаются заслонки, и нагретый в фальш-стене воздух сразу выбрасывается наружу. "Солнечные стены" экономят теперь своим владельцам тысячи долларов в год, а планете - тонны топлива.
Светильники для освещения дорог и автострад.
В настоящее время возросла потребность установки осветительных систем на автотрассах, что значительно увеличивает безопасность водителей и пешеходов. Существуют фотоэлектрические системы, предназначенные специально для освещения дорог и автотрасс. Для обеспечения требуемого освещения система устанавливается на столбах высотой 10- 12 метров.
Декоративные садово-парковые светильники.
Светильники и фонари на солнечных батареях позволяют подсвечивать территорию, создать необходимый уют и на территории загородного участка. Единственное условие: располагать светильники так, чтобы в течение светлого времени суток они не были в тени. Светильники мобильны и легко переносимы. Их вес составляет в среднем 400-600 гр. Имеют защищенную от осадков конструкцию.
Опреснитель
Чтобы применить подпочвенную воду пустыни для полива, для питья, ее нужно обязательно опреснить. Принцип действия солнечного опреснителя очень прост. Это сосуд с водой, насыщенной солями, закрытый прозрачной крышкой. Вода нагревается солнечными лучами, понемногу испаряется, а пар конденсируется на более холодной крышке. Очищенная вода (соли-то не испарились!) стекает с крышки в другой сосуд.
Богатейшие залежи селитры в засушливых районах Чили в прошлом веке почти не разрабатывались из-за отсутствия питьевой воды. Тогда был построен опреснитель площадью 5 тысяч квадратных метров, который в жаркий день давал по 20 тысяч литров пресной воды.
Солнечные аксессуары
Универсальные зарядные устройства, позволяющие получать электричество практически из воздуха. Устройства представляют собой батарею солнечных элементов, монтированных в корпус.
солнечные батареи на поверхности походного рюкзака - идеальный вариант комфортной мини-электростанции. Обычно "походные" приемники включают: Калькуляторы, часы, радиоприемник, компас, термометр, сирену, часы, будильник и фонарик.
Приливные электростанции (ПЭС). Для использования энергии приливов и отливов обычно строят приливные электростанции в устьях рек либо непосредственно на морском берегу. Конструкция такой станции примерно следующая. В обычном портовом волноломе оставляются отверстия, куда свободно поступает вода. Каждая волна повышает уровень воды, а вместе с тем и давление остающегося в отверстиях воздуха. "Выдавливаемый" наружу через верхнее отверстие воздух приводит в движение турбину. С уходом волны возникает обратное движение воздуха, который стремится заполнить вакуум, и турбина получает новый импульс к вращению. Согласно оценкам специалистов, такие приливные электростанции могут использовать до 45% приливной энергии.
Первые приливные мельницы были построены на берегах Бретани в XI веке и на русском Беломорье в XVII веке. Первая в мире ПЭС работает с 1967 г. в устье реки Ранс впадающей в Ла-Манш, во Франции на приливах высотой до 13 метров, состоящая из двадцати четырех турбогенераторов. Выходная мощность установки 240 мегаватт - одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции. Одна из первых ПЭС в бывшем Советском Союзе построена в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска. В мире есть и другие экзотические проекты, где используется энергия океана. В США во Флоридском проливе сооружается станция в 136 МВт для использования энергии течения Гольфстрим, которое перемещает 25 млн. куб.м воды в секунду. Плотины не будет, станция закрепится якорями на большой глубине. По экономическим показателям океанические станции сопоставимы с речными ГЭС. Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии.
Ветроэнергетика. Прародителем современных ветроэнергоустановок считают ветряные мельницы. Такой ветродвигатель весьма примитивной конструкции впервые был изобретен за 200 лет до нашей эры в Персии и применялся для размола зерна. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, огражденных дамбами. Отвоеванные у моря территории использовались в сельском хозяйстве. Это — примеры использования энергии ветра для хозяйственных нужд. Свое же серьезное место в энергетических системах различных государств она получила значительно позже. Первая в мире ветроэлектростанция, идентичная тем, которые строят сегодня, с горизонтальной осью мощностью 100 кВт, была построена в 1931 году в Крыму.
Энергия движущихся воздушных масс огромна. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? Известно, что двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Все дело в том, что они эффективны и экономичны только для мелкого пользователя. К сожалению, энергия ветра пока еще не в состоянии давать электроэнергию в достаточных количествах. Солнечная и ветровая энергетика имеет серьезный недостаток - временную нестабильность. В связи с этим необходимы системы хранения энергии, чтобы потребление ее могло быть возможно в любое время.
В США мощность ветряных электростанций составляет 1654 МВт, в Европейском Союзе - 2534 МВт, из них 1000 МВт вырабатывается в Германии. На Европу приходится около 70% мировых ветровых мощностей, наибольшая часть которых расположена в Германии, Испании и Дании. Ветряные станции не загрязняют окружающую среду. С помощью ветряной энергии можно электрифицировать самые отдаленные уголки Земного шара. В странах Европы в зависимости от ветровых потоков ВЭУ имеют следующее размещение:
— внутриконтинентальное (ВЭС и единичные ВЭУ размещаются внутри континента);
— прибрежное (ВЭС размещаются вблизи или вдоль морского берега);
— морское (ВЭС размещаются в открытом море неподалеку от побережья).
Вот результаты замеров ветряной энергии в более чем 8.000 мест по всей планете. В калифорнийском университете была создана карта мира, на которой особо выделены места с наибольшей ветряной активностью. Привлекательными для использования считаются ветры, которые на высоте 80 метров над землей достигают скорость 6, 9 метров в секунду и более. Такие ветры относятся к 3-ему классу, и являются типичными для северного моря, южной части Южной Америки, Великих Озер на севере Америки. Исследователи подсчитали, что в местах с ветрами 3-ей категории ежегодный энергетический потенциал -около 72-х тераватт энергии (1 Тераватт равен 1 миллиарду киловатт). Даже если учесть, что использоваться будет только небольшой процент от общего количества, его все равно должно с лихвой хватить на все энергозатраты планеты. В 2000 году они составляли 1, 6 – 1, 8 тераватт. (Для получения 1 тераватта электроэнергии в настоящее время требуется приблизительно 500 атомных станций, или несколько тысяч ТЭС).
Наиболее эффективный способ аккумуляции энергии ветра — применение ветроэнергетической установки (ВЭУ). Выходная мощность установки зависит от площади лопастей и скорости ветра. Поэтому ветроэнергетические установок большой мощности оказываются крупногабаритными, ведь скорость ветра в среднем бывает небольшой. Для защиты от разрушения сильными случайными порывами ветра установки проектируется со значительным запасом мощности. Трудности в использовании ветроустановок связаны с непостоянством скорости ветра, в периоды безветрия электроэнергия не производится. Для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы энергии.
Крупномасштабное применение ВЭУ в одном районе может вызвать климатические изменения, ВЭУ создают шум и электромагнитные помехи. С самого начала развития ветроэнергетики возникали вопросы о возможном вреде, наносимом ВЭУ. В настоящее время частота вращения ВЭУ мощностью 1-2 МВт составляет от 10 до 30 об/мин. В целом ВЭУ не слишком шумные машины по сравнению с другими механизмами соизмеримой мощности. Однако есть примеры, когда шум ветротурбин действительно доставляет неприятности, если жилье располагается слишком близко к ним. Большинство современных ветроустановок в непосредственной близости от места их сооружения создают шум порядка 95-103 дБ. Это соответствует уровню шума на обычном промышленном предприятии. Законы, принятые в настоящее время в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ВЭУ до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью.
Негативное влияние на прохождение радио- и телевизионных сигналов.
До недавнего времени считалось, что помехи радио- и телевизионному приему от ВЭУ незначительны, если избегать их строительства в одну линию по направлению к передающей станции или располагать на достаточном расстоянии. Если передача теле- и радиосигналов осуществляется через спутник, проблема отпадает автоматически. Лопасти первых ветроагрегатов выполнялись из металла или дерева. С ростом мощностей их лопасти почти повсеместно выполнялись и выполняются из стекловолокна, и поэтому они полупрозрачны для теле- и радиосигналов. С дальнейшим увеличением размеров и мощностей ВЭУ до 2 МВт и более для защиты лопастей от ударов молнии внутри лопастей стали закладываться алюминиевые проводники довольно значительного сечения, по которым ток при ударе молнии уходил в землю. Такие лопасти становятся своего рода зеркалами для проходящих радио- и телесигналов. ВЭУ, оснащенная подобными устройствами, становится препятствием для сигналов военных радаров. Эта тенденция приводит к столкновению интересов военных, наблюдающих с помощью радаров за прибрежной акваторией и воздушным пространством, и ветроэнергетики. В Норвегии, учет требований военных приведет к снижению потенциальных ветроэнергоресурсов на 50%.
Использование земли
Сами ВЭУ занимают только 1% всей территории парка. На 99% площади ветропарка вполне возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселенных странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре.
| |
Биомасса - вещества, из которых состоят растения и животные. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть превращена в определенные виды топлива: газообразный метан, жидкий метанол, твердый древесный уголь.
1. Общая масса живой материи – 2 000 млрд. тонн.
2. Общая масса наземных растений 1 800 млрд. тонн.
3. На одного человека приходится 400 тонн биомассы.
4. Энергия, связанная в земной биомассе составляет 25 000 ЭДж (экза- 2 в степени 60).
5. Ежегодно на Земле появляется 400 000 млн. тонн биомассы.
7. Каждый год человечество потребляет 400 ЭДж (12 ТВт) энергии.
8. Доля биомассы в этом потреблении – 55 ЭДж в год (1.7 ТВт).
Состав и энергетическая ценность. Химический состав биомассы различается в зависимости от ее вида. Растения состоят на 25% из лигнина и на 75% из углеводов. Лигнин играет роль клея, который соединяет целлюлозные волокна. Так как биомасса сухое топливо, ее можно сравнить с углем. Теплотворная способность сухой биомассы изменяется в диапазоне от 17.5 ГДж/тонну для различных трав, например, соломы, до почти 20 ГДж/тонну для древесины. Соответствующие значения для битумных углей и лигнина составляют 30 и 20 ГДж/тонну соответственно. Биомасса оставляет меньше золы, которая, кроме того, не так насыщена токсичными и радиоактивными металлами, и может быть использована для удобрения почвы. Биомассу ошибочно считают низкосортным топливом, и во многих странах она даже не значится в статистике.
Энергия биомассы может использоваться в промышленности, домашнем хозяйстве. Так, в странах, поставляющих сахар, за счет отходов покрывается до 40% потребностей в топливе. Биотопливо в виде дров, навоза и ботвы растений применяется в домашнем хозяйстве примерно 50% населения планеты для приготовления пищи, обогрева жилищ.
Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:
– термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);
– биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная переработка);
Получаемые в результате переработки виды биотоплива и ее КПД приведены в таблице.
В последнее время появились проекты создания искусственных энергетических плантаций для выращивания биомассы и последующего преобразования биологической энергии. Для получения тепловой мощности, равной 100 МВт, потребуется около 50 м2 площади энергетических плантаций.
Давно замечено, что сорняки растут значительно быстрее, чем культурные растения, не боятся вредителей, болезней, засухи. На севере Испании собираются построить электростанции, топливом для которых будет служить чертополох. На каждую их двух ТЭЦ в год понадобится по сто тысяч тонн сорняка. Для этого планируется засеять чертополохом бросовые засушливые земли. Причем испанцы намерены применить специально выведенный гигантский сорт колючего сорняка: его стебли имеют высоту свыше трех метров, а корни уходят в почву на семь метров.
Биотопливо – это любое топливо из биологически возобновляемого сырья. Биотопливо получают главным образом из растительного сырья и отходов жизнедеятельности. Есть и экзотические технологии: биотопливо можно делать из свиного сала или жирных сортов рыбы (Вьетнам, в частности, практикует такое). Из всего этого сырья можно производить жидкое топливо – биоэтанол и биодизель, биогазы – метан и смесь метана с другими газами, а также твердое – пеллеты (маленькие цилиндрические брусочки) и брикеты. Биологическое дизельное топливо позволяет снизить выбросы парниковых газов от автомобилей на 78 процентов.
Этиловый спирт (этанол).
Казалось бы, первый в списке среди альтернативных видов топлива должен стоять именно этанол. Это один из немногих видов топлива, требующий минимальных затрат на переход. Биоэтанол, к примеру, может производиться из сахарного тростника, свеклы или отходов свекловичного производства, кукурузы, пшеницы, картофеля, соломы, опилок – в общем, из любого сырья, которое содержит крахмал или сахар. Этиловый спирт изготавливают точно так же, как и обычную самогонку. Ситуация с этанолом до конца не ясна. У него есть большие перспективы, однако чтобы заменить тот же бензин, потребуется засевать огромные площади зерновых и кукурузы.
Родоначальницей перемен в области биотоплива по праву считают Бразилию. Производство этанола из сахарного тростника экономически выгодно. Его себестоимость – менее 20 центов за литр, тогда как в США литр этанола обойдётся в 30-35 центов за литр, а в Европе все 50. Четыре миллиона автомобилей в Бразилии ездят на чистом этаноле. В настоящее время его производство в Бразилии составляет 8,4 млн.т, что соответствует 5,6 млн.т бензина самого высокого качества.
В США уже в течение нескольких лет производится горючее для автомобилей, содержащее 10% этанола, полученного из кукурузы. В США планируется довести долю биоэтанола в стране до 20% к 2020 году. В Италии его получают из сорго, в России- из древесных опилок.
В ЕС в свое время была принята директива – довести долю биотоплива к 2010 году до 5,75%. Во всех европейских странах для поддержки производства и потребления биотоплива снижены налоги. В частности, в Швеции одна из привлекательных мер – освобождение биоавтомобиля от платы за парковку в центре города.
БиодизельБиодизель получают при смешивании растительного масла, спирта и щелочи. Тем не менее, следует заметить, что назвать биодизель экологически чистым топливом было бы неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное дизтопливо, но всё-таки это не есть нулевой выброс.
Европейский автомобильный парк - преимущественно дизельный. Соответственно, биодизель идет как замена дизтоплива. За последние пять лет мировое производство биодизеля увеличилось в 4.5 раза.
Невада и Калифорния стали первыми штатами, где начали создаваться общественные автозаправочные станции биодизельного топлива.
В Германии биодизель давно продается на обычных заправках (20% биодизеля, 80% – обычного дизельного топлива). Такое содержание биодизеля является максимальным, чтобы использовать его в двигателях без всякой модификации дизельного двигателя. Стоимость такого топлива сходна с дизельным топливом, а для двигателя оно даже лучше. Примерно 1000 автозаправочных станций продают дизтопливо, произведенное из рапсового масла.
Метанол
Метанол другими словами, это метиловый спирт часто называемый древесным. Метанол применяют в виде смеси в которой 85% метилового спирта и 15% бензина. Практически весь метанол получают из метана, полученного из природного газа, однако существуют варианты получения метанола из угля или биогаза, образующегося при разложении органических веществ.
Лучше всего использовать смесь, ибо в чистом виде метанол недостаточно летуч, кроме того, он горит невидимым пламенем. Явными недостатками метанола является то, что он исключительно коррозионно активен, а потому требуются специальные коррозионно-стойкие ёмкости (что тоже недёшево). Более того, метанол – довольно токсичное вещество, поэтому требует осторожного обращения.
Говорить о перспективах метанола, как о топливе будущего, скорее всего нельзя, ибо перспективы туманны, хотя в течение ближайших нескольких лет производители электроники обещают выпустить на рынок портативную электронику с питанием от метаноловых элементов.
Биогаз
Биогаз – это газ, состоящий примерно из 60% метана (CH4) и 40% углекислого газа (CO2). В процессе брожения из биоотходов вырабатывается биогаз. Этот газ может использоваться как обычный природный газ для технологических целей, выработки электроэнергии, для заправки автомобиля. В Индии для получения биогаза используется около миллиона дешевых и простых установок, а в Китае их свыше 7 млн.
Что такое биогазовая установка
Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биоотходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогазовая установка дает «доходы на отходах» или «деньги из навоза». Биогазовая установка– это самая активная система очистки. Система, которая очень быстро самоокупается и приносит прибыль. Как сырье можно использовать отходы растений, силос, отходы пищевой промышленности, садовые отходы.
Сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Если предприятие выбрасывает 1 тонну биомусора в день, то считайте, что оно выбрасывает 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии или 35 л солярки. Срок окупаемости оборудования для переработки навоза впечатляет: 1-2 года. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно использовать для обогрева предприятия, технологических целей, сушки семян. Возле биогазовых установок можно ставить теплицы.
Удобрения
При использовании таких сбалансированных биоудобрений урожайность повышается на 30-50%. Обычный отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. Для примера, минерализация в природном навозе 40%. В переброженной массе минерализация 60%. Переброженная масса- это готовые экологически чистые биоудобрения, лишенные нитритов, семян сорняков. Эти удобрения по качеству выше искусственных, а их себестоимость равна практически «0».
Твердые бытовые отходы. Горючие компоненты в ТБО равны 50–88%. Их теплотворная способность — 800–2000 ккал/кг. В мировой практике получение энергии из ТБО осуществляется сжиганием или газификацией. В Японии, Дании, Швейцарии сжигается около 70% твердых бытовых отходов, остальная часть складируется на полигонах или компостируется. В США сжигается около 14% ТБО, в Германии — 30%, Италии — 25%.
Подземное тепло планеты.
Энергия подземного тепла планеты используется в 62 странах. Название страны Исландия переводится как «ледяная страна». Местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато она очень богата горячими источниками и знаменитыми гейзерами- горячей воды. Столица - Рейкьявик отапливается только за счет подземных источников. Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли. Кстати, в Москве, на улице Анохина есть два дома, которые снабжаются теплом из глубокой 30-метровой скважины.
Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом Италии. Потом подключились Мексика, Новая Зеландия. Пар из-под земли поступает в турбины электростанции. На Камчатке электроток дает Паужетская геотермальная станция. Но это пока лишь крохотная доля использования этой неисчерпаемой энергии.
Самое значительное открытие в науке о воде за последние сто лет. Химики из Пенсильванского государственного университета удалось создать аппарат, позволяющий сжигать соленую воду. В аппарате вода подвергается воздействию радиоволн, высвобождают водород. При наличии искры водород воспламеняется и горит ровным пламенем, температура которого может превышать 1600 градусов Цельсия. годится любая соленая вода Если эксперименты подтвердят, что аппарат энергетически выгоден и может использоваться для приведения в действие достаточно тяжелой техники, например, автомобилей, то это открывает большие перспективы перед топливной отраслью. Соленая вода доступна почти в любом регионе Земли практически в неограниченном количестве. Канзиус совершил свое открытие случайно. Шестидесятитрехлетний пенсионер стремился найти альтернативу химиотерапии: способ уничтожать раковые клетки при помощи радиоволн. в ходе эксперимента вода неожиданно вспыхнула от случайной искры.
Выпускник политехнического института Вирджинии разработал проект напольной лампы-колонны, которая освещает помещение благодаря гравитации. За что и получил второе место на конкурсе. Работает она за счёт медленного сползания груза, раскручивающего ротор генератора. Вырабатываемая им энергия питает десять высокоэффективных светодиодов. Работает бесшумно. Её не нужно включать в сеть. Ведь её можно поместить в любом месте квартиры. Срок "годности" лампы 200 годами (при использовании каждый день в течение 8 часов).