Альтернативные виды энергии и их использование

    Принципиальная  схема работы ветрогенератора

    Техника XX века открыла совершенно новые  возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение  электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский  разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

    В наши дни к созданию конструкций  ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической  установки - привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Инновационные идеи ветровой энергетики

Ветро - электромобиль

    Следующая идея заключается в использовании  своими руками собранного ветрогенератора  и установкой его на автомобиль –  в качестве дополнительного источника  питания. Либо если у Вас электромобиль, то отпадает необходимость в вынужденной остановке для подзарядки аккумуляторов. Подзаряжаться можно и на ходу – от установленной мини-ВЭУ.

    При использовании маломощных ВЭУ можно направить полученное напряжение например на подзарядку аккумулятора Вашего автомобиля, если барахлит генератор. Естественно, необходимо позаботится о безопасности, пропуская ток через выпрямители, стабилизаторы, и возможно инверторы. Использование энергии ветра в данном направлении – для питания транспорта очень перспективно, поскольку мы получаем стабильную скорость ветрового потока, которая зависит только от скорости движения транспортного средства.

Инновационные ветрогенераторы  с вертикальной осью

    Ветрогенераторы с вертикальной осью постоянно совершенствуются учеными по всему миру. Sauer Energy является одной из компаний, которая постоянно вносит инновационные изменения в вертикальные ветрогенераторы.

    Последняя их разработка - вертикальный ветряк - имеет очень высокую эффективность, поскольку он предназначен для максимального сопротивления потокам ветра, и его лопасти генерируют электроэнергию максимально эффективно с помощью ветра. 

    Особенностью  ветрогенератора VAWT Sauer является вогнутая сторона высокого сопротивления, которая  передает усилие ветра непосредственно  на вал ротора, который связан непосредственно с генератором преобразующим энергию в электричество. Сила сопротивления при этом является контролируемой, а крутящий момент турбины можно регулировать путем увеличения размера лопастей и расстояния до центра масс, а не вертикальной высоты.

    Сила, возникающая в напоре ветра непосредственно  прикладывается к оси вращения турбины, тем самым извлекая максимальную мощность на низких скоростях ветра. При этом компания может производить  ветряные турбины, которые можно  масштабировать до любых потребностей.

    Считается, что ветрогенераторы с вертикальной осью более эффективны, чем горизонтальные, и могут быть объединены в массивы, в которых турбулентности, созданные отдельно стоящими ветряными турбинами могут помочь вращаться соседним турбинам, тем самым увеличивая эффективность общей системы. В отличие от ветровой турбины с горизонтальной осью, эти параметры могут повысить эффективность, а не уменьшать ее. 

Альтернативные  виды энергии. Энергия  рек.

    Многие  тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода, так как около 3/4 поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

    Но  когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье (в виде водяной турбины). Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

    Преимущества  гидроэлектростанций очевидны: постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид, по сравнению с ним, покажется ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием «Белый уголь». Это было лишь началом.

    Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось  строительство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем - началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная энергетическая политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в одной стране мира, развита система мощных гидроэлектрических станций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжская, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции, дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные промышленные комплексы.

    Но  пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.

Альтернативные  виды энергии. Энергия  Земли

    Издавна люди знают о стихийных проявлениях  гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится: нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов.

    Маленькая европейская страна Исландия («страна льда» в дословном переводе) полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли, других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами - фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников (еще древние римляне к знаменитым баням - термам Каракаллы - подвели воду из-под земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно. Столица город Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.

    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 итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 км от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.

Биотопливо

    Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации.

    Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

    Что же представляет собой биотопливо?

    Первое  что приходит в голову обыкновенные дрова. Твердое биотопливо. Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений.

    Биотопливо. Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США — из кукурузы. Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы. Федеральное правительство США предоставляет производителям этанола налоговый кредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский этанол дёшев из-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника.

    Биотопливо. Биометанол Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений в области получения биотоплива. В начале 80-х рядом европейских стран совместно разрабатывался проект, ориентированный на создание промышленных систем с использованием прибрежных пустынных районов. Осуществлению этого проекта помешало общемировое снижение цен на нефть.

    Первичное производство биомассы осуществляется путём культивирования фитопланктона  в искусственных водоемах, создаваемых  на морском побережье. Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола.

    Основными доводами в пользу использования  микроскопических водорослей являются следующие:

• высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год);
• в производстве не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода;
• процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством;
• энергоотдача процесса достигает 14 на стадии получения метана и 7 на стадии получения метанола;

    Биотопливо. Биобутанол Бутанол- C4H10O — бутиловый спирт. Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. В США ежегодно производится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд.

    Диметиловый эфир Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

    Биодизель — топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.

    Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

    С точки зрения получения энергии  данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению  с другими способами преобразования солнечной энергии.