Энергия будущего

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Энергия будущего

энергия солнце топливный осмотический

Нефть дорожает, и перспектива ее как источника энергии в будущем весьма неопределенна. Пять новых методов добычи энергии - от волновых электростанций, способных отнимать энергию у морских волн, до бактерий, выделяющих электричество из сточных вод, - могут вдохнуть новые силы в наш старый мир.

Растущие цены, общая тревога и озабоченность, новая политика правительства - все это подталкивает нас к новым усилиям, направленным на обновление всей энергосистемы. Доживем ли мы когда-нибудь до эпохи с бездонными источниками энергии? Вряд ли. Запасы нефти на Земле, безусловно, ограниченны. Даже водород, которым питается ядерная реакция на Солнце, и тот - увы! - когда-нибудь закончится. Если не брать в расчет шансов на неожиданный прорыв в технологиях ядерного синтеза, никакой другой источник не обещает в мановение ока решить все наши проблемы. Скорее, энергетические запросы человечества будут удовлетворяться путем объединения различных передовых технологий. В этом союзе сыграют свою роль энергия солнца, ветра, морских волн и другие альтернативные источники. Промышленность как потребитель тоже сделает шаг навстречу - современная технология успешно учится делать больше, потребляя меньше. Каждая из идей подошла вплотную к этапу внедрения, а вместе они должны вымостить дорогу для дальнейших прорывов в производстве и энергосбережении.

Ветер: простые решения.

Если ваш дом стоит не «на семи ветрах», - не огорчайтесь. Даже маленький ветряк благодаря небольшой переделке сможет обеспечивать половину потребностей вашего жилища.

Как это работает. У небольших ветряков все устроено просто: ветер крутит турбину, от нее вращается генератор, а тот выдает переменный ток. Однако скорость ветра изменчива, так что меняется и напряжение на выходе. Напряжение может упасть до такого уровня, при котором невозможно заряжать батареи или питать сеть потребителей. Энди Найт, профессор электротехнического факультета в университете Альберты, и руководимая им группа исследователей предложили новую схему, при которой энергию ветряка можно накапливать даже при относительно спокойной погоде. В устройстве Найта переменный ток проходит через выпрямитель, где превращается в постоянный, которым заряжается 12-вольтовый аккумулятор. Поскольку батарея не может заряжаться при напряжении меньше ее собственного, разработчики включили в схему особый контроллер - он отслеживает частоту переменного тока, приходящего от генератора. Если напряжение оказывается слишком низким, контроллер подает команду на переключатель, и зарядка прекращается, пока напряжение не достигнет 12 В. Коммутатор преобразователя размыкает и замыкает цепь примерно тысячу раз в секунду. Постоянно подстраивая соотношение открытой и закрытой фазы, это устройство способно с высокой точностью регулировать напряжение.

Экономический эффект. Использование такого контроллера может оказаться решающим для тех регионов, которые находятся на границе зоны сильных ветров, то есть там, где средняя сила ветра не достигает 18 км/ч. Испытания показали, что эта система способна повысить энергоотдачу небольшого ветряка на 50%. Это значит, что ветряк диаметром 2 м может давать в день 24 кВтч электроэнергии. Суточное энергопотребление среднего американского дома составляет 35 киловатт-часов.

Гибрид следующего поколения

На этой машине вы сможете, без заправки целую неделю ездить на работу, а потом смотаться за несколько сот километров в заслуженный отпуск.

Как это работает. «Эта машина отличается от обычной только трансмиссией», - утверждает Эндрю Фрэнк, профессор механико-авиационного факультета в университете города Дэйвис (штат Калифорния). Он предлагает добавить к уже привычным сегодня гибридным автомобильным системам адаптеры, которые позволят владельцам подключать свои машины к обычной электросети. (В сегодняшних гибридах подзарядка батарей происходит только в моменты торможения, когда двигатели работают в качестве генераторов.) Подкачка добавочной электроэнергии позволит существенно экономить горючее. Конструкция Фрэнка представляет собой сверхлегкую машину, с которой снято все лишнее и смонтированы простой 2-цилиндровый бензиновый двигатель и электропривод. Воткните обычную вилку в 110-вольтовую розетку, и вы сможете за несколько часов перезарядить аккумуляторы вашей машины.

Волны: энергия океана

В океанских волнах скрыто столько энергии, что с лихвой хватило бы для освещения множества огромных городов. Осталось только придумать, как ее извлечь.

Как это работает. Линейный генератор на постоянных магнитах представляет собой цепочку постоянных магнитов на 4-метровом стержне. Эта конструкция привязана к якорю, лежащему на глубине около 30 метров. Охватывающая стержень медная катушка заключена в «поплавок», то есть в стеклопластиковый буй, который вместе с волнами гуляет вверх и вниз. Катушка при движении пересекает линии магнитного поля, и в ней возникает электрический ток. Основанный на этом принципе 100-киловаттный генератор был разработан Анеттой фон Жоанн и Аланом Уоллесом, профессорами электротехнической школы в университете штата Орегон. В отличие от прежних конструкций, в которых использовался принцип гидравлических или пневматических насосов, данный принцип обещает КПД вплоть до 90 процентов.

Экономический эффект. По словам фон Жоанн, энергия волн имеет существенные преимущества перед другими видами возобновляемых источников, к примеру, перед ветром. Поведение волн более предсказуемо, а плотность энергии в них в 50 раз выше, чем в ветре. Переменное напряжение от сети буев можно подать на единый коммутационный блок, преобразовать в постоянный ток, повысив напряжение до 12 000 вольт, и отправить на берег, где вспомогательная подстанция снова преобразует его в переменный ток. Прототип имеет 5 метров в диаметре, но тот же принцип можно использовать и в более скромных масштабах.

Бактерии: микробиологический топливный элемент.

Любовь бактерий к сточным водам - не только путь к их очищению. Побочные продукты этого процесса могут снабжать энергией сами очистные сооружения, а когда-нибудь сгодятся и для того, чтобы заправить ваш автомобиль.

Как это работает. Присутствующие в сточных водах бактерии разлагают органические вещества в процессе окисления. При этом образуются свободные электроны. Брюс Логан, профессор экологических технологий в университете штата Пенсильвания, предложил идею топливного элемента, в котором углеродные аноды помещены в бескислородный осадок сточных вод. При этом бактерии растут на анодах, а избыток электронов создает ток при замыкании внешней цепи.

Экономический эффект. «Используя отходы воды от жизнедеятельности человека, можно получать до 500 милливатт с одного квадратного метра поверхности анода, - говорит Логан, - этого достаточно, чтобы засветилось 750 огоньков на рождественской елке. В сточных водах от пищеперерабатывающих комбинатов содержатся биоразлагаеммые сахара, и в этом отношении они более перспективны. Чистая глюкоза может дать до 1500 милливатт на 1 м2. Если доработать эту технологию, очистные сооружения смогли бы сами обеспечивать себя энергией, а это не такие уж пустяки - на переработку сточных вод уходит 5 процентов от всей вырабатываемой в США энергии.

Солнце: органические солнечные батареи.

Солнечные батареи готовы тесно срастись с нашим бытом. Элементы на основе органических молекул получились такими легкими и тонкими, что скоро можно будет запитать карманный плеер прямо от рукава собственной ветровки.

Как это работает. Как в органических солнечных элементах, так и в традиционных кремниевых, полупроводниковый материал поглощает фотоны света. Под воздействием энергии фотонов происходит возбуждение электронов и их движение к границе элемента, где они попадают в контакт с металлом, обычно медью. Этот проводник отводит ток туда, где он нужен, скажем, к моторчику или контактам аккумулятора. Если кремниевые батареи состоят из неорганических веществ, таких как медный сплав, галлий и кремний, то в составе органических солнечных элементов преобладают атомы углерода, водорода и кислорода. Исследовательская группа под руководством Бернарда Киппелена, профессора Центра органической фотоники и электроники в Институте технологии штата Джорджия, смогла объединить пленку из органического вещества, названного «пентацен», с наночастицами фуллерена С60, называемого за свою форму buckyball («маркерный шарик»). В результате получился новый светочувствительный полупроводник, способный с 1 см2 выдавать энергию в 3 милливатта.

Экономический эффект. Органические материалы легко совместимы с пластиковой подложкой. Как говорит Киппелин, «в перспективе их можно будет печатать, как газеты, на ролевых печатных машинах». А поскольку эти элементы получились тонкими и гибкими - толщина пленки 50 нм, - ими можно покрывать стенки палатки или элементы одежды, запитывая от них небольшие персональные электронные устройства, - например мобильные телефоны.

Осмотическое давление.

Одно из самых перспективных в мире направлений энергетики.

Что такое осмос? Если разделить соленую и пресную воду полупроницаемой мембраной, которая пропускает воду, но не пропускает соль, пресная вода будет проникать в более высокую по плотности соленую воду. Пресная речная вода стремится растворять соленую, океанскую.

Возникающее при этом давление создает водный поток, который вращает лопасти турбины. Япония - островная страна, со всех сторон окруженная океаном, в который впадают ее многочисленные реки; они текут постоянно, делая процесс выработки электроэнергии непрерывным. Производство практически безвредно, а значит, электростанции можно строить прямо на окраинах городов.

Экономический эффект. В отличие от других способов получать гидроэнергию, осмотический не нуждается в перепаде высот - такая станция может работать и на равнине. Главное - географические условия, при которых происходит смешение пресной и соленой воды. Подобные станции могли бы вырабатывать от 5 до 6 миллионов кВт энергии. Как утверждает профессор Токийского технического университета Акихико Таниока, такой же объем энергии вырабатывают 5-6 атомных электростанций.

Список используемой литературы

1.Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 344 с.

2. Материалы с сайта http://www.sciencetechnics.com/

Размещено на Allbest.ru