Устойчивая энергетика будущего.

Об электричестве.

Электричество — это вид энергии, который не может быть запасён в чистом виде в значительном количестве. После возникновения электроэнергия должна сразу совершать работу и переходить в другие виды энергии. Энергию целесообразно накапливать в виде углеводородов(С_хН_у), спиртов(С_nH_2nOH), водорода(H₂), или биомассы.

Современная концепция сконцентрированной масштабной электроэнергетики неэффективна в глобальной перспективе. Большие электростанции имеют низкую удельную стоимость кВт*ч, но не всё в этом мире меряется деньгами. Мощные станции требуют мощного оборудования, которое производится на мощных заводах, которые питаются от этих же станций через мощные линии, которые требуют мощного оборудования для передачи, преобразования и распределения электроэнергии с потерями на каждом этапе. Так же большая концентрация энергоустановок пагубно влияет на окружающую среду. Природа не справляется с переработкой настолько интенсивного выброса вредных веществ и углекислоты (СО₂) в локальных масштабах. Многие станции используют для своих нужд естественные водоёмы, что вызывает тепловое загрязнение и нарушает природные биотопы обширных территорий. Под мощные линии электропередач и распределительные подстанции вырубается большое количество леса. Повышается опасность поражения электрическим током и вредное влияние электромагнитного излучения. Доля непромышленных потребителей в мировой энергетике мала. Таким образом, мегастанции работают сами на себя и на тех, кто владеет энергосистемой.

Концепция будущего — это распределённая малая энергетика. Множество малых энергоустановок, объединённые в единую энергосистему, и по возможности использующие местные возобновляемые ресурсы. Наиболее перспективными являются:

I. Биогазовые установки.

Бактерии перерабатывают биомаассу в анаэробных условиях. В результате получаем смесь газов в основе которой метан. Требует очистки от примесей.

Метан — универсальный энергоноситель. Хранится в газообразном или сжиженном виде.

II. Мини ГЭС.

Устанавливаются на любых реках или ручьях без нарушения экосистемы.

Вырабатывают механическую (мельныцы, насосы, станки и тд.) и электрическую энергию. Излишки энергии преобразуются в водород через электролизные установки*. Водород хранится в газообразном или жидком состоянии.

*Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород. Постоянное напряжение для ячейки получается, как правило, выпрямлением трехфазного переменного тока. В электролитической ячейке дистиллированная вода подвергается электролизу, при этом химическая реакция идет по следующей известной схеме:

2Н₂O + энергия —> 2H₂+O₂.

В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше чем кислорода. Перед использованием газы в установке обезвоживаются и охлаждаются. Выходные трубопроводы установки всегда защищены возвратными клапанами для предотвращения возгораний. КПД таких установок на данный момент около 60%.

III. Пиролизные* установки.

Горение древесины с дефицитом кислорода образует горючий газ, который может использоваться в двигателях внутреннего сгорания. Хранится в жидком или газообразном состоянии.

*В газогенераторе при термическом разложении дров в условиях нехватки кислорода образуется горючий газ СО, т.е. происходит неполное горение с выделением 30% тепла от теплотворной способности дров (теплотворная способность сухой древесины составляет 4400 ккал/кг), данное тепло можно использовать для отопления дома. Выделившегося из 1кг дров с влажностью 30% газа СО достаточно для выработки 1 кВт*ч электроэнергии (при КПД электрогенератора 38%).  

IV. Солнечные станции.

а) Тепловые

Энергия солнца концентрируется с помощью специальных зеркал и направляется на производство пара или на двигатель стирлинга. Пар вращает турбину электрогенератора. Наиболее эффективны в засушливых и полярных регионах.

Пример: Gemasolar Испания. Севилья.

б) Фотоэлектрические

Солнечный свет через фотоэлементы преобразуется в электричество. Необходимо усовершенствование технологии производства и переработки солнечных панелей для снижения экологической нагрузки. Излишки энергии преобразуются в водород.

V. Ветровые

Энергия ветра преобразуется в механическую или электрическую через вращение ветроулавливающих механизмов.

Необходимо усовершенствование технологии для уменьшения воздействия на окружающую среду(вибрация, шум, энергоёмкость эксплуатации).

VI. Приливные.

Энергия приливов использовалась людьми издавна путем устройства приливных мельниц на побережье Англии, Франции, Испании, России, Канады, США и других стран. Такие установки выполнялись путем образования бассейна при перекрытии плотинами небольших бухт, где располагались мельничные колеса, работавшие в период отлива. Приливные электростанции используют возобновляемую энергии морских приливов, природа которых связана с приливообразующей силой, возникающей при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем.

VII. Геотермальные.

Геотермальная энергия – это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Запасы геотермальной энергии неисчерпаемы. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

Распределение генерирующих мощностей приведёт к снижению доли городского населения, развитию периферийных территорий и увеличению числа людей занятых в реальном секторе экономики. Энергетика станет ближе к народу, люди будут лучше понимать процессы возникновения и преобразования энергии на планете, станут больше заботиться об энергосбережении и культуре потребления. Распределённая энергетика устраняет проблему крупных техногенных аварий. Устраняет риски обесточения большого числа потребителей при отключении одной станции. Исчезнет угроза терактов на электростанциях, потому что они перестанут иметь смысл. При этом не стоит отказываться от добычи и использования ископаемых углеводородов, так как они являются энергией солнца запасённой нашей планетой за миллионы лет. Но при этом необходимо совершенствовать технологии их добычи и переработки и снижать их долю в мировой энергетике.

Таким образом, распределённая энергетика основанная на возобновляемых источниках энергии один из важнейших компонентов устойчивого и благополучного будущего всего человечества.