Лесосибирский педагогический институт – филиал ФГАОУ ВПО «Сибирский
федеральный университет», г.Лесосибирск, Россия
Важнейшим
элементом существования человечества, наряду с воздухом и водой, является
энергообеспеченность. Вместе с тем общеизвестно, что
потребление и производство энергии ведут к разрушению и загрязнению окружающей
среды. Главные источники производства энергии в настоящее время – ископаемое
топливо (нефть, газ, уголь, торф, горючие сланцы), энергия рек, древесное и
ядерное топливо. Мировое потребление первичной энергии в 2010 г. увеличилось на
5,6 %, что стало крупнейшим ростом за последние 40 лет [1]. По прогнозу
Агентства энергетической информации, мировое потребление энергии к 2035 г.
вырастет на 49 % от уровня 2007 г., что эквивалентно примерно 126 млрд баррелей
нефти.
Проблемы энергетики приняли в последнее время не только
технический, но и социальный характер, т.к. является одной из основ экономики
современного общества. Выработка энергии
удваивается примерно каждые 10 лет. Самые
оптимистические прогнозы показывают, что в достаточно обозримом будущем
произойдёт истощение ископаемого топлива, если не будут приняты соответствующие
меры. Необходим переход на использование других «экологически чистых»
источников энергии – геотермальной, солнечной, океанической, ветровой и другой
энергии. Проблема энергообеспеченности населения звычайно остра. Не решая её, нельзя
предотвратить всевозможные отрицательные последствия технического прогресса для
нашей планеты. В настоящее время серьёзное внимание уделяется исследованию
альтернативных источников энергии. По прогнозу к 2020 г. они заменят 2,5 млрд т
ископаемого топлива (до 8 % производства мировой энергетики). Эти источники
энергии являются возобновляемыми и могут обеспечить достаточное количество
энергии для удовлетворения потребностей всего человечества (табл. 1).
Таблица 1
Альтернативные источники
энергии
|
Основные типы |
Способы получения энергии |
|
1.
Гелиоэнергетика |
Гелиоэлектростанции, солнечные батареи,
гелиоконденсаторы, солнечные коллекторы |
|
2.
Ветровая энергетика |
Ветроэлектрические станции, ветровые установки |
|
3.
Гидроэнергетика
(малая) |
Приливные электростанции, волновые электростанции |
|
4.
Биоэнергетика |
Биореакторы (для получения биогаза), производство
биомассы, мусоросжигающие установки и др. |
|
5.
Геотермальная энергия |
Геотермальные электростанции, геотермальные
установки, тепловые насосы и т.п. |
Один
из перспективных источников – излучение Солнца. Его энергии поступает на земную
поверхность в 14-20 тыс. раз больше сегодняшнего уровня мировой потребности.
Только солнечная энергия, поступающая в течение года на Аравийский полуостров,
более чем вдвое превышает энергию нефтяных запасов планеты. Она доступна,
бесплатна и практически неисчерпаема, но имеет низкую плотность и
характеризуется прерывистостью поступления, связанной с изменением погоды и
чередованием дня и ночи. В связи с этими недостатками в ближайшее время
солнечная энергия как источник получения электроэнергии пока не может в широких
масштабах конкурировать с углем, нефтью, атомной энергией. Тем не менее,
использование солнечных коллекторов в быту благодаря замене ископаемого топлива
позволило снизить энергопотребление и выброс загрязняющих веществ на 10-20 %.
Однако на основе существующих технологий такую энергию трудно запасать и
передавать на большие расстояния. Для снижения потерь в этом случае солнечную
энергию целесообразно переводить в химическую. В частности, в Саудовской Аравии
уже работает установка, получающая водород на основе солнечной энергии. США
планирует к 2020 г. удовлетворять от 10 до 30 % своих энергетических
потребностей за счет использования солнечной энергии, Япония – 3 %.
В
2010 г. в Испании выработано из солнечной энергии 2,7 % электроэнергии страны,
в Германии – 2 %, в Италии – около 3 %. Первая в России солнечная
электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 г. в
Белгородской области [2].
Главные
преимущества фотоэлектрических установок – отсутствие движущихся частей,
конструкция очень проста, производство высокотехнологично. Солнечные батареи
широко используются в космических аппаратах. КПД таких батарей сегодня
составляет 12-15 %, в лабораторных условиях экспериментальные образцы
показывают КПД до 28-29 %. Теоретически ученые считают, что КПД таких установок
может достигнуть в будущем не менее 90 %. Существуют и недостатки – это высокая
стоимость оборудования, разрушение полупроводникового материала со временем,
зависимость от запыленности системы и необходимости разработки эффективных
методов очистки батарей от загрязнения. Кроме того, возможно и нарушение
экологического равновесия, т.к. под промышленные солнечные батареи занимаются
площади в несколько гектар (США, Италия).
Энергия ветра используется человеком издавна. Ветряные мельницы
начали сооружать еще древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад. По оценке
Всемирной метеорологической организации запасы ветровой энергии в мире
составляют не менее 170 трлн кВт×ч в год. В конце 2010 г. общая
установленная мощность всех ветрогенераторов мира составила 196,6 ГВт, а
произведённой ими электроэнергия достигла 430 ТВт×ч (2,5 % всей произведённой человечеством
электрической энергии). 80 стран мира особенно интенсивно развивают
ветроэнергетику. Дания с помощью ветрогенераторов в 2009 г. произвела 20 %
электроэнергии страны, Португалия – 16, Ирландия – 14, Испания – 13, Германия –
8, Китае – около 1,3 %. Предполагается, что в КНР к 2020 г. мощности
ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.
В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически
неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение
ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и
экономического характера, замедляющими их распространение. В частности,
непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой доли
ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции,
возрастают также и проблемы устойчивого производства электроэнергии.
Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в России
в 2009 г. составляет 17-18 МВт. Технический потенциал ветровой энергии страны
оценивается свыше 50000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет
примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 % современного производства
электроэнергии всеми электростанциями РФ [3].
Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на
побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до
Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского,
Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Отдельные
ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале. Максимальная
средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период –
период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 %
экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14
% – в Северном экономическом районе, около 16 % – в Западной и Восточной
Сибири. Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе
посёлка Куликово Калининградской области, которая вырабатывает ежегодно около 6
млн кВт·ч. На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт среднегодовой
выработкой более 3 млн кВт·ч. На острове Беринга Командорских островов работает
ВЭС мощностью 1,2 МВт.
Однако даже такой «экологически чистый» источник энергии порождает
проблемы (создаёт ультразвуковые и инфразвуковые излучения, помехи в
телевизионном приёме для населения, занимает значительные площади и др.) и
особенно сказывается на орнитофауне. Так, в Голландии на берегу моря построена
система ветроэнергетических установок (ВЭУ) на протяжении 3 км, где сооружено
25 конических железобетонных башен высотой 30 м и диаметром трёхлопастного
ротора 25 м. Эти установки и линии электропередач отрицательно воздействуют на
птиц (утки, чайки, гуси). Подсчитано, что на 1 км линии электропередач в
полевых биотопах в среднем гибнет 8 птиц, а всего с учетом их протяженности (5
тыс. км) в Голландии ежегодно погибает около 40 тыс. крупных птиц. Особенно
возрастает гибель птиц во время весенних и осенних миграций. В Бельгии
установили, что модуляция ветрового потока лопастями мешает ориентации
насекомых. Это приводит к нарушению устойчивости экосистемы. Физиологическое
воздействие инфразвука (большая часть звуковой энергии ВЭС приходится на
инфразвуковой диапазон) пока полностью не изучено. Однако ученые уже выяснили,
что инфразвук приводит к изменению артериального давления и частоты сердечной
деятельности, нарушению зрения и вестибулярных функций мозга, нарушению работы желудочно-кишечного
тракта, появлению чувства страха, ужаса.
Немецкие экологи подсчитали мировой технический потенциал
возобновимых источников энергии 20,3 млрд т условного топлива в год (для сравнения – потребление
первичной энергии в мире составляет около 9 млрд т условного топлива). Всё это показывает, что использование в дальнейшем
возобновляемых источников энергии позволит не только обеспечить человечество
необходимой электроэнергией, но, главное, значительно снизит выбросы
загрязняющих веществ в окружающую природную среду.
Литература:
1. Отчет компании BP о
состоянии мировой энергетики за 2009 г. (BP Statistical Review of World Energy)
2.
http://www.rg.ru/2011/06/09/sun.html
3. http://www.smenergo.ru/wind/