Сторінка
1

Екологічно чисті шляхи виробництва електроенергії

Електроенергетика вкрай потрібна галузь для сучасного суспільства. Однак крім великої користі вона приносить чимало екологічних проблем. Використання лише традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водні ресурси й повітря. Спробуємо розглянути їх та визначити можливі шляхи їх вирішення.

Зростання масштабів використання електричної енергії, загострення проблем охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки екологічно чистіших способів вироблення електричної енергії. Інтенсивно розробляються способи використання непаливної відновлюваної енергії — сонячної, вітря­ної, геотермальної, енергії хвиль, припливів і відпливів, енергії біогазу тощо. Джерела цих видів енергії — невичерпні, але потрібно розумно оцінити, чи зможуть вони задовольнити усі потреби людства.

Новітні досліджен­ня направлені переважно на вироблення електрич­ної енергії за рахунок енергії вітру. Споруджуються ВЕС переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить у рух динамо-машину — генератор елект­ричного струму, який одночасно заряджає паралель­но з'єднані акумулятори.

Сьогодні вітроелектричні агрегати надійно забез­печують струмом нафтовиків; вони успішно працю­ють у важкодоступних районах, на далеких остро­вах, в Арктиці, на тисячах \сільськогосподарських ферм, де немає поблизу великих населених пунктів і електростанцій загального користування. Широкому застосуванню вітроелектричних. Агрегатів у зви­чайних умовах поки що перешкоджає їх висока со­бівартість. При використанні вітру виникає серйоз­на проблема: надлишок енергії у вітряну погоду і нестача її в період безвітря. Використання енергії вітру ускладнюється тим, що вітер має малу густину енергії, а також змінюється його сила і напрям. Вітроустановки здебільшого використовують у тих місцях, де добрий вітровий режим. Для створення вітроустановок великої потужності необхідно, щоб вітродвигун мав великі розміри, крім того, повітря­ний гвинт треба підняти на достатню висоту, оскільки на більшій висоті вітер більш сталий і має більшу швидкість. Лише одна електростанція, що працює на органічному паливі, може замінити (за кількістю виробленої енергії) тисячі вітрових турбін.

Віками люди роздумували над причиною морсь­ких припливів і відпливів. Сьогодні ми достовірно знаємо, що могутнє природне явище — ритмічний рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Енергія припливів величезна, її сумарна потужність на Землі становить близько 1 млрд. кВт, що більше за сумарну потужність усіх річок світу.

Принцип дії припливних електростанцій дуже простий. Під час припливу вода, обертаючи ротор гідротурбіни, заповнює водоймище, а після відпливу вона з водоймища виходить в океан, знову обертаю­чи ротор турбіни. Головне — знайти зручне місце для встановлення греблі, в якому висота припливу була б значною. Будівництво й експлуатація елект­ростанцій на морі - складне завдання. Морська вода спричиняє корозію більшості металів, деталі уста­новок обростають водоростями.

Тепловий потік сонячного випромінювання, який сягає Землі, дуже великий. Він більш як у 5000 разів перевищує сумарне використання всіх видів палив­но-енергетичних ресурсів у світі.

Серед переваг сонячної енергії — її вічність і ви­няткова екологічна чистота. Сонячна енергія над­ходить на всю поверхню Землі, лише полярні райо­ни планети страждають від її нестачі. Тобто, прак­тично на всій земній кулі лише хмари та ніч заважа­ють користуватися нею постійно. Така загальнодо­ступність робить цей вид енергії неможливим для монополізації, на відміну від нафти і газу. Звичайно, вартість 1 кВт • год. сонячної енергії значно вища, ніж отримана традиційним методом. Лише п'ята частина сонячного світла перетворюється в електрич­ний струм, але ця частка дедалі зростає завдяки зу­силлям учених та інженерів світу.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена по великій площі (іншими словами, має низьку густину), будь-яка установка для прямого використання сонячної енергії повинна мати зби­раючий пристрій з достатньою поверхнею. Найпро­стіший пристрій такого роду — плоский колектор; в принципі це чорна плита, добре ізольована знизу.

Вона прикрита склом або пластмасою, яка пропус­кає світло, але не пропускає інфрачервоне теплове випромінювання. У просторі між плитою і склом найчастіше розміщують чорні трубки, в яких тече вода, масло, повітря, сірчистий ангідрид і т.п. Сонячне проміння, проникаючи крізь скло або плас­тмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плитою та нагріває робочу речовину в трубках. Тепло­ве випромінювання не може вийти з колектора, тому температура в ньому значно вища (на 200—300 °С), ніж температура навколишнього повітря. У цьому виявляється так званий парниковий ефект. Більш складним колектором, Вартість якого значно вища, є вгнуте дзеркало, яке зосереджує падаюче проміння в малому об'ємі біля певної геометричної точки — фокуса. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Сонця. Це дає-змогу збирати Значну кількість сонячного проміння. Температура в робочому просторі дзеркальних колеїсгорів досягає 3000 °С і вище. Існують електрос­танції дещо іншого типу, їх відмінність полягає в тому, що сфокусоване на вершину вежі сонячне теп­ло приводить у рух натрієвий теплоносій, який нагріває воду до утворення пари. На думку фахівців, найпривабливішою ідеєю щодо перетворення соняч­ної енергії є використання фотоелектричного ефек­ту в напівпровідниках. Однак поверхня сонячних батарей для забезпечення достатньої потужності має бути досить значною (для добового вироблення 500 МВт • год. необхідна поверхня площею 500 000 м2), що досить дорого. Сонячна енергетика належить до найбільш матеріалоємних видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії спричиняє гігантське збільшення потреб у матеріа­лах, а отже, в трудових ресурсах для видобутку сиро­вини, її збагачення, отримання матеріалів, виготов­лення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Ефективність сонячних електростанцій у районах, віддалених від екватора, досить мала че­рез нестійкі атмосферні умови, відносно слабку Інтенсивність сонячної радіації, а також її коливан­ня, зумовлені чергуванням дня і ночі.