Будущее мировой энергетики: перспективные идеи ученых

Касательно вопроса о возобновляемых источниках энергии в ученом сообществе не выработалось единого мнения. Какой дорогой пойдет базовая отрасль экономики. Энергетика будущего – самая интересная сфера сегодняшних научных разработок, «оживляющая» фантастические романы...

Ниже представлены 9 направлений развития энергетического сектора. 9 вариантов Грядущего. 9 способов сэкономить ресурсы или сохранить экологию. Какой из них завтра оправдает ожидания?

Солнечные станции

Разговор об инженерных сооружениях, преобразующих солнечную радиацию в электричество. Как это происходит? В устройствах разных типов, применяющихся на СЭС, есть приемник и отражатель. Они большие. Плоские или тарелкообразные. Обладающие зеркальной поверхностью, способной отражать радиацию Светила. Пойманные лучи конденсируются в специальный светочувствительный резервуар. Поэтому очень долго надо заниматься позиционированием плоскостей (батарей). Не должно быть потери электромагнитных волн. СЭС бывают башенного (гелиостаты), тарельчатого и комбинированного типа. Располагаются станции на максимально открытых дневным лучам пространствах. В пустынях, тундрах и степях. Однако не все еще слышали о новейших альтернативах в этой области. Их список как раз приведен ниже.

1. Фотоэлектрические модули (батареи, подобные тем, которые на космических станциях).

2. Параболоцерические концентраторы (с помощью больших плоских теплоколлекторов носитель разогревают до параметра, нужного для запуска самого турбогенератора).

3. Те же концентраторы, но с двигателем Стирлинга (в них объектом внутреннего сгорания выступает газ или жидкость: энергия сгорания эффектно дополняет описанный разогрев).

4. СЭС-аэростаты (поднимают солнечные батареи на высоту более 20 км, где солнечная радиация еще имеет концентрацию, более значительную чем на уровне тропосферы).

5. Солнечно-вакуумные концентраторы («теплицы»). На участке, закрытом стеклом, с помощью разницы температур добиваются рождения воздушного потока, который поднимается в высокую башню. На ее конце и смонтирован сам электрогенератор.

На данный момент сильнейшая СЭС это «Парк Тэнгер», созданный в Нинся-Хуэйском автономном округе Китая. Заявленная мощность комплекса составляет 1 547 МВт. Хотя площадь всего 40 кв. м.

Энергия ветра в будущем

Если хорошо поискать, то источники энергии будущего можно обнаружить в прогрессивных ветроэнергетических установках – тех, которые на порядок эффективней привычных ветряков. Как вы знаете, ветровой тип добычи силовых импульсов основан на преобразовании кинетической энергии воздушной массы в любую другую, в том числе и электрическую. Старые установки чем-то похожи на стационарные «мельницы» или «вентиляторы». Однако ноу-хау в этой области – «пропеллеры» на подводных фундаментах и даже плавающие в море агрегаты. Дело в том, что в глубине акватории морей и океанов сила ветра куда сильнее прибрежной. Долетая до берега, поток является относительно выдохнувшимся. При том, что на широких водных просторах гуляют шквалы, ураганы и торнадо… Увеличиваются и диаметры роторов ветрогенераторов.

К примеру, компания Enercon выпустила установку с ротором 126 метров. Ее гондола смонтирована на башне 120-метровой высоты. Стабильная мощность – 6 МВт. Покупают…

Приливы и волны

Сколько раз человек страдал от приливов и отливов. Обычных штормов и страшных цунами. А потом понял, что этих природных «силачей» надо использовать как источник полезной силы. Говоря про приливную энергетику, мы подразумеваем, по сути, эксплуатацию вращения земли. Ведь прилив, а, соответственно, и отлив – результат взаимодействия гравитационных сил Луны и Солнца. А волны – итог любого колебания поверхности планеты (от землетрясения до шторма и воздействия течения). Что за способ люди применили для порабощения этих явлений? Привычные гидроэлектростанции. Только конструкция несколько иная. Работают и в режиме генератора, и насоса…

Новейшее достижение в этой области – южнокорейская Sihwa Lake Tidal Power Station (254 МВт). Беседа о 10 турбинах. У каждой сила 25,4 МВт. Станция в 40 км от Сеула.

И еще. Сейчас пытаются использовать разницу температур в разных частях морской волны. Температурный градиент «оседлали» с помощью прибора, придуманного Николой Тесла. Имеется в виду ЭС полностью замкнутого цикла. Часть ее под водой. Другая – над водой. Что касается океанов, то в любом из них реально обеспечить генерирующие мощности на 10 000 ГВт.

Энергия человека

Использование собственного организма в качестве источника возобновляемой энергии – одна из отраслей биоэнергетики. Начиналась эта сфера с экспериментов над животными. Применялась и их тепловая (нагрев организма), и кинетическая энергия (сила, рождающаяся в результате движения). Что касается homo sapiens, то для него приспособили теплоэлектрический генератор.

Он безопасен для носителя. К слову, при одном только нашем выдохе вырабатывается 1 Вт энергии (если перевести все в электроэквивалент). Исследованиями в этой области занимается швейцарская компания Mithras, плотно сотрудничающая с Высшей технической школой Цюриха.

Топливные ячейки водорода

Водород способен вырабатывать как электрический ток, так и тепло. Потому что он «буйный» почти во всех химических реакциях. Надо лишь продумать безобидный резервуар для их осуществления. Конкретно топливные элементы могут накапливать любую энергию. В контуре этой схемы все рассчитано на электрохимическую реакцию. Ячейкам нужен только, щелочь и водород. Водородные элементы всегда использовало на своих челноках NASA.

Тепло земли

Может, альтернативная энергия будущего бездарно зарыта в землю? Почему же бездарно? Как раз в почве и аккумулируют невероятную мощь. Ее передает движение раскаленной магмы. Геотермия это наука о тепловом статусе планеты. Занятые в ней ученые сделали возможным применение описанной энергии на практике. Специальный насос, сконструированный для отопления здания, устанавливается на поверхности. А уже в самом грунте или на дне пруда (озера, проточного водоема или небольшого залива) крепится теплообменник. Мощность магмы (выраженная в ее тепле) «выкачивается» наверх. Она нагревает теплоноситель, встроенный в контур отопления строения (жилого или промышленного).

Использование ядерных отходов

В заглавии упомянуто то, чего жители планеты боятся больше всего. Почему? Все дело в разрушительной энергии побочного материала ядерной энергетики. А если использовать силу этого разрушения с пользой? Когда удаляют радиоактивный «бак» (плутоний, уран), то в нем еще остается 95% изначальной энергии. Превращение в изотопы поглощает только двадцатую часть.

Основная доля остатка (94%) – Уран 238, который дальше уже не делится. «Отработка» хранится в контейнере. Тот сделан из сплава стали и циркония. «Шлак» легко извлекается химическим способом и сортируется на бесполезные элементы и вещества, которые с помощью реагентов могут пройти через повторную реакцию. Подходов к ее безопасному осуществлению очень много.

Растительное топливо

Фитотопливо – цель исследований, которым сотня лет. Любой организм (в том числе растение) можно переработать, получив жидкость. На ней реально запустить двигатель внутреннего сгорания. В масштабах эксперимента по дорогам планеты уже катались сотни авто, заправленные биоспиртом (этанолом, метанолом и так далее). А также соляркой из рапса, которую Украина предлагает сегодня производить в промышленных масштабах. На пути развития этого направления энергетики не стоит никаких препятствий? Над использованием растительного топлива в серьез задумалась Scania – самый популярный производитель автобусов и грузовиков. Разработчики из этой компании хотят создать «движок», специально рассчитанный на этанол.

Термоядерный синтез

Где еще спрятана сила, получение которой не грозит опасностями или огромными финансовыми затратами? Опять в ядрах атомов. Процесс можно сделать полностью управляемым источником энергии. К примеру, что такое вспышки на Солнце? Это последствия термоядерного синтеза. Физики выяснили, что каждую секунду огромный огненный шар высвобождает количество энергии, которое было бы достаточным для всего Человечества. На миллион лет! Ядра легких элементов, соединяясь друг с другом, образуют нечто более тяжелое. При этом выделяется энергия, которую попросту нельзя сопоставить ни с одной из тех, которые указывались выше!

Но воссоздать процесс в «домашних» условиях пока затруднительно. Впрочем, попытки зажечь ионизированную плазму, создав температуру миллион градусов, уже были. Магнитное поле должно было удерживать горящую плазму. Эксперимент удался. Но масштаб его был не велик. В промышленных объемах термоядерную энергию не получают. Почему? Дело в том, что, выделив порядочную дозу энергии из неисчерпаемого источника (к примеру, из легких изотопов водорода – дейтерия и трития), мы не успеем ее вовремя распределить на все конечные объекты потребления. Для этого обсуждаемую силу надо как-то удерживать и контролировать. Потребуется электромагнитное поле слишком большой мощности. А для этого понадобится установка невероятного размера. Особенности ее эксплуатация создают нам вторичную угрозу.

В некоторых фантастических фильмах люди уже видели описанное выше топливо будущего. Речь о доброй половине картин, посвященных скоростным перемещениям по Вселенной. Реально покинуть звездную систему…