32,6% – нефт и нефтопродукти. 30,0% – въглища. 23,7% – газ. Челната тройка сред енергийните източници, които захранват човечеството, изглежда точно така. Звездните кораби и „зелената“ планета все още са толкова далеч, колкото „далечната, далечна галактика“.
Със сигурност има движение към алтернативна енергия, но то е толкова бавно, че се надяваме на пробив – все още не. Нека бъдем честни: през следващите 50 години изкопаемите горива ще осветяват домовете ни.
Развитието на алтернативната енергия върви бавно, като първичен джентълмен по насипа на Темза. Днес за нетрадиционните енергийни източници е писано много повече, отколкото е направено за тяхното развитие и внедряване в ежедневието. Но в тази посока има 3 признати „мастодонта“, които теглят останалата част от колесницата след себе си.
Тук не се разглежда ядрената енергетика, тъй като въпросът за нейната прогресивност и целесъобразност от развитие може да се обсъжда много дълго.
По-долу ще има индикатори за мощност на станциите, следователно, за да анализираме стойностите, ще въведем отправна точка: най-мощната електроцентрала в света е атомната електроцентрала Kashiwazaki-Kariwa (Япония). Която е с мощност 8,2 GW.
Въздушна енергия: вятърът в услуга на човека
Основният принцип на вятърната енергия е преобразуването на кинетичната енергия на движещите се въздушни маси в топлинна, механична или електрическа енергия.
Вятърът е резултат от разликата във въздушното налягане на повърхността. Тук се прилага класическият принцип на „свързващи се съдове”, само че в световен мащаб. Представете си 2 точки – Москва и Санкт Петербург. Ако температурата в Москва е по-висока, тогава въздухът се нагрява и се издига, оставяйки ниско налягане и намалено количество въздух в долните слоеве. В същото време в Санкт Петербург има високо налягане и има достатъчно въздух „отдолу“. Следователно масите започват да текат към Москва, защото природата винаги се стреми към баланс. Така се образува въздушният поток, който се нарича вятър.
Това движение носи огромна енергия, която инженерите се стремят да уловят.
Днес 3% от световното производство на енергия идва от вятърни турбини и капацитетът нараства. През 2016 г. инсталираната мощност на вятърните паркове надхвърли мощността на атомните електроцентрали. Но има 2 характеристики, които ограничават развитието на посоката:
1. Инсталирана мощност е максималната работна мощност. И ако атомните електроцентрали работят на това ниво почти през цялото време, вятърните паркове рядко достигат такива показатели. Ефективността на такива станции е 30-40%. Вятърът е изключително нестабилен, което ограничава приложението в индустриален мащаб.
2. Поставянето на вятърни паркове е рационално на места с постоянни ветрови потоци – по този начин е възможно да се осигури максимална ефективност на инсталацията. Локализацията на генераторите е значително ограничена.
Вятърната енергия днес може да се разглежда само като допълнителен източник на енергия в комбинация с постоянни, като атомни електроцентрали и станции, използващи горивно гориво.
Вятърните мелници се появяват за първи път в Дания – донесени са тук от кръстоносците. Днес в тази скандинавска страна 42% от енергията се генерира от вятърни паркове.
Проектът за изграждането на изкуствен остров на 100 км от бреговете на Великобритания е почти завършен. Принципно нов проект ще бъде създаден в Dogger Bank – за 6 км2 ще бъдат инсталирани много вятърни турбини, които ще пренасят електричество към континента. Това ще бъде най-големият вятърен парк в света. Днес това е Гансу (Китай) с мощност 5,16 GW. Това е комплекс от вятърни турбини, който се разраства всяка година. Планираният показател е 20 GW.
И малко за цената.
Средните разходни показатели за генериран 1 kWh енергия са:
─ въглища 9-30 цента;
─ вятър 2,5-5 цента.
Ако е възможно да се реши проблемът със зависимостта от вятърната енергия и по този начин да се увеличи ефективността на вятърните паркове, тогава те имат голям потенциал.
Слънчевата енергия: двигателят на природата – двигателят на човечеството
Принципът на производство се основава на събирането и разпределението на топлината от слънчевите лъчи.
Сега делът на слънчевите електроцентрали (SPP) в световното производство на енергия е 0,79%.
Тази енергия, на първо място, се свързва с алтернативната енергия - непосредствено пред очите ви се рисуват фантастични полета, покрити с големи плочи с фотоклетки. На практика рентабилността на тази посока е доста ниска. Сред проблемите може да се открои нарушение на температурния режим над слънчевата електроцентрала, където се нагряват въздушните маси.
Има програми за развитие на слънчевата енергия в повече от 80 страни. Но в повечето случаи говорим за спомагателен източник на енергия, тъй като нивото на производство е ниско.
Важно е правилно да поставите мощността, за която се съставят подробни карти на слънчевата радиация.
Слънчевият колектор се използва както за подгряване на вода за отопление, така и за производство на електроенергия. Фотоволтаичните клетки генерират енергия чрез „избиване“ на фотони под въздействието на слънчевата светлина.
Лидер по производство на енергия в слънчеви централи е Китай, а по производство на глава от населението – Германия.
Най-голямата слънчева електроцентрала се намира в слънчевата ферма Topaz, която се намира в Калифорния. Мощност 1,1 GW.
Има разработки за извеждане на колектори в орбита и събиране на слънчева енергия, без да се губи в атмосферата, но тази посока все още има твърде много технически пречки.
Водна мощност: използвайки най-големия двигател на планетата
Хидроенергията е лидер сред алтернативните източници на енергия. 20% от световното производство на енергия идва от водноелектрически централи. А сред възобновяемите източници 88%.
На определен участък от реката се изгражда масивен язовир, който напълно прегражда канала. Нагоре по течението се създава резервоар, а разликата във височината по стените на язовира може да достигне стотици метри. Водата бързо преминава през язовира в местата, където са монтирани турбините. Така че енергията на движещата се вода завърта генераторите и води до генериране на енергия. Всичко е просто.
От минусите: голяма площ е наводнена, биологичният живот в реката е нарушен.
Най-голямата водноелектрическа централа е Sanxia ("Трите клисури") в Китай. Тя има капацитет от 22 GW, като е най-голямата централа в света.
Водноелектрическите централи са често срещани в целия свят, а в Бразилия те осигуряват 80% от енергията. Тази посока е най-обещаващата в алтернативната енергетика и непрекъснато се развива.
Малките реки не са в състояние да произвеждат голяма мощност, така че водноелектрическите централи на тях са проектирани да отговарят на местните нужди.
Използването на водата като източник на енергия се реализира в няколко основни концепции:
1. Използване на приливи и отливи. Технологията е в много отношения подобна на класическата водноелектрическа централа, с единствената разлика, че язовирът не блокира канала, а устието на залива. Водата на морето прави ежедневни колебания под влиянието на привличането на луната, което води до циркулация на водата през турбините на язовира. Тази технология е внедрена само в няколко страни.
2. Използване на вълновата енергия. Постоянните колебания на водата в открито море също могат да бъдат източник на енергия. Това не е само преминаването на вълни през статично монтирани турбини, но и използването на „поплавъци“: но повърхността на морето поставя верига от специални поплавъци, вътре в които има малки турбини. Вълните въртят генератори и се генерира определено количество енергия.
Като цяло днес алтернативната енергия не е в състояние да се превърне в световен източник на енергия. Но е напълно възможно да се осигурят повечето обекти с автономна енергия. В зависимост от характеристиките на територията винаги можете да изберете най-добрия вариант.
За глобалната енергийна независимост ще е необходимо нещо принципно ново като „етерната теория” на известния сърбин.
Без демагогия, странно е, че през 2000-те години човечеството произвежда енергия не много по-прогресивно от локомотива, който снимаха братя Люмиер. Днес въпросът за енергийните ресурси е навлязъл далеч в сферата на политиката и финансите, което определя структурата на производството на електроенергия. Ако маслото свети лампите, значи някой има нужда от него...