Поиски новых источников энергии

Кирдяпкин Сергей Михайлович
ГБПОУ РМ « Инсаркский аграрный
техникум»,
Г. Инсар
ПОИСКИ НОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.
Поиски новых источников энергии.
В последние годы быстрыми темпами растет потребление топлива и электрической энергии. Непрерывно возрастает не только общий объём расхода энергетических ресурсов, но и рост потребления их на душу населения. Другими словами, потребление энергии обгоняет рост населения.
Это вполне объяснимо, так как растет энерговооруженность труда, благосостояние народа, комфортабельность жизни. Многие ученые и экономисты капиталистических стран бьют тревогу в связи с уменьшением запасов минерального топлива. Особенную тревогу вызывает быстрое сокращение запасов нефти и газа.
Возникает вопрос: какими путями и средствами предотвратить надвигающуюся
опасность энергетического кризиса?
Прогнозные оценки по вовлечению урана в топливно-энергетический баланс
значительно улучшает его, но не предотвращают топливный голод в будущем.
Поэтому не случайно во многих промышленно развитых странах, и, конечно, в
России проводятся интенсивные поиски новых энергетических источников.
Исследования и научные работы ведутся в этой области в двух главных направлениях. В первую очередь взоры учёных обращены на использование вечных или возобновляемых источников энергии- солнца, ветра, глубинного тепла земли.
Использование солнечной энергии.
Использование солнечной энергии представляет большой интерес ввиду его
огромного количества и влияния на жизнь нашей планеты. От солнца на землю направляется тепловой поток, равный астрономической цифре- 1,57Х1018 кВт . ч в год. Непосредственно до суши земли доходит примерно одна пятая часть этой энергии. Однако
эта пятая часть в тысячу раз превышает современное производство электроэнергии во
всем мире.
К положительным качествам солнечной энергии как энергоисточника следует
отнести исключительную «чистоту», обусловленную отсутствием каких-либо вредных
выбросов при её использовании. Вместе с тем этому энергоисточнику присущи два
принципиальных недостатка: малая плотность потока солнечной радиации, не превышающей у земной поверхности 1 кВт на квадратный метр, и нерегулируемый режим
прихода солнечной радиации к земной поверхности, зависящий от времени года и суток, а также погодных условий.
В отечественной и мировой практике есть несколько направлений по изучению
использования солнечной энергии.
Первое из них связано с преобразованием солнечного излучения в тепловую энергию с целью ее использования для отопления зданий, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, сушки различных материалов и сельскохозяйственных продуктов, опреснения минерализованной воды и т.п.
Ветроэнергетика
Ветроэнергетика как источник энергии пока не играет заметной роли. Вместе с
тем потенциальные запасы энергии ветра в России огромны. На основании многолетних замеров установлено, что в 65 районах страны скорости ветра превышает 6 м/с.
Следовательно, в этих районах использование энергии ветра экономически оправданно.
Учёт общего кадастра ветровой энергии в России показывает, что его потенциальные
возможности равны примерно 11 млрд. кВт, что в 55 раз больше мощности электростанций страны на начало 1976 г. Потенциальная энергия ветра равноценна производству электрической энергии в размере 1,8Х1013 кВт . ч в год, что почти в 20 раз превышает ее производство в России за 1977 г.
Использование энергии ветра встречает большие трудности ввиду большой неравномерности воздушных потоков, исключающих возможность регулярного получения энергии. Плотность воздуха в 800 раз меньше воды, поэтому требуется соответственно больше площадей для лопастей ветроагрегата. Затруднения представляет и
необходимость сооружения высоких башен, на которых монтируются ветровые колеса,
что технически и экономически усложняет и строительство.
В последние годы быстрыми темпами растет потребление топлива и электрической энергии. Непрерывно возрастает не только общий объём расхода энергетических
ресурсов, но и рост потребления их на душу населения. Другими словами, потребление
энергии обгоняет рост населения.
Водород- топливо будущего
Интенсивные изыскания более эффективных и «чистых» источников энергии
выдвинули в последние годы в число рассматриваемых направлений проблему использования водорода. Интерес к водороду объясняется по крайне мере несколькими основными обстоятельствами. Во-первых, потенциальные запасы водорода практически не
ограничены. Производство водорода на промышленном уровне возрастает из года в
год. Большинство прогнозных оценок сходится на том, что к 2020 г. потребности мировой промышленности в водороде достигнут 280 млн. т. Данная цифра показывает, что
предполагается значительный рост потребления этого высококалорийного и экологически чистого топлива. Во-вторых, водород является универсальным видом энергоресурса, так как топлива для производства электричества в тепловых циклах различных типов, но и транспортироваться в газообразном или жидком виде- в последнем случае после снижения- в места, где требуется энергия не в форме электричества: для отопления,
использования но транспорте, в различных технологических процессах. В- третьих, водород позволяет путём его накопления и хранения в газообразном или жидком виде
осуществлять аккумулирование энергии. Это качество водорода чрезвычайно важно по
сравнению с электроэнергией, которая после ее получения должна быть немедленно
передана потребителю для использования. И наконец, последнее, что особенно выделяет водород в качестве энергоресурса будущего,- это благоприятные экологические характеристики при его использовании в качестве топлива.
В 1972 г. в США проходил межуниверситетский конкурс на лучшую конструкцию городского автомобиля, для которого основным требованием было минимальное
загрязнение окружающей среды. На чистоту отработанных газов были испытаны 63
экспериментальные машины различных конструкций, использующие разные виды горючего. В результате отбора лучшие показатели оказались у автомобиля фирмы
«Фольксваген», переоборудованного для работы на водороде в качестве горючего. Подобные исследования ранее были проведены в Сибирском отделении АН СССР под руководством академика В. Струминского. Была продемонстрирована простота переоборудования автомобильного двигателя для работы на водороде и показана его полная
экологическая безвредность. Таким образом, если для всех известных видов топлива
составить условную шкалу, характеризующую среду, то водород, несомненно, займет
первое место как эталон минимального отрицательного воздействия.
Важным экономическим показателем топлива при его использовании, и в том
числе в стационарной энергетике, является его стоимость, которая в значительной мере
зависит от методов производства. В настоящее время водород получают главным образом химическим путём из углеводородных топлив и лишь ничтожное количество его
производят электролизом- путем разложения воды с использованием электроэнергии.
Очевидно, в перспективе не практично будет получать водород из органических видов
топлива, поскольку дефицит их все возрастает. Проводятся значительные работы в
стране и за рубежом по выявлению новых методов получения водорода, в том числе с
использованием термохимических циклов, плазменной газификации и т. Д. Эти методы
находятся еще на различных стадиях поисковых исследований. На данном этапе электролитический метод получения водорода просматривается как наиболее реальный.
После производства электроэнергия сразу передается потребителю. Таким образом, электроэнергия не может «складываться», и в этом- основа взаимосвязи производства электроэнергии и её потребления. График потребления электроэнергии неравномерен. Следовательно, характер изменения потребности электроэнергии во времени
или режим нагрузки является причиной работы электрогенерирующего оборудования в
переменном режиме. При удовлетворении резко возрастающих потребностей нагрузки,
так называемого пика нагрузки, возникают сложности в эксплуатации энергетического
оборудования. Обострение этой проблемы в районах Европейской части России обусловлено происходящим в настоящее время изменением структуры топливно- энергетического баланса, в частности сокращением роли органических видов топлива в энергетике, особенно мазутного топлива, и соответственно увеличением использования
ядерного топлива.
В этой связи производство водорода методом электролиза, когда электричество
можно получить от атомных электростанций, во многом перспективно. Это – создание
мощных потребителей-регуляторов, позволяющих включатся в периоды снижения
нагрузки электропотребления для выравнивания графика. И кроме того, в период ночных и сезонных провалов потребления электроэнергии атомные станции будут не только вырабатывать электричество на ядерном горюче, но и производить высокоэффективное и экологически чистое топливо органического происхождения. Это топливо
может быть использовано там, где необходима тепловая энергия, т. е. в промышленности, на транспорте и для отопления. Водород может быть использован и в энергетике в
период пика нагрузки, когда атомные и тепловые станции при работе на полную мощность не могут обеспечить потребителей достаточной энергией.
Разрабатываются и другие способы получения водорода. Один из них основан
на использовании солнечной энергии. В Японии разработан проект завода по производству водорода и кислорода из морской воды. Солнечная энергия с помощью тепловых нагревательных коллекторов подводится к морской воде и преобразует ее в пар,
который поступает в генераторы- электролизеры, потребляющие в среднем электрическую мощность около 1 тыс. кВт. В процессе электролитического разложения паров
воды получается водород и кислород, которые после снижения направляются на берег.
Завод предполагается смонтировать на плавучей платформе. Таким образом, электроэнергия в обычном ее понимании, т. е. произведенная за счет использования органического или ядерного топлива, используется в этом процессе только на его последних
этапах. Весь предварительный процесс подогрева и парообразования морской воды для
поступления пара в электролизеры осуществляется за счет солнечной энергии, что уве-
личивает помимо всех остальных преимуществ экологическую чистоту этого метода
производства водорода.
Энергосберегающие технологии
Применение технологий энергосбережения актуально сегодня во всех сферах человеческой жизнедеятельности, но, в первую очередь — в промышленности. Именно на
поддержку производственных циклов расходуется восемьдесят процентов энергии.
Рассмотрим высокотехнологическое производство завода ООО СЗ «Сармич»
в г. Инсар который полностью удовлетворяет современным требованиям.
Экономия электроэнергии
В области экономии электрической энергии самым простым и распространенным
способом является оптимизация ее потребления на освещение производственных помещений. Здесь можно выделить несколько ключевых мероприятий:

увеличение площади и прозрачности окон для максимального использования
дневного света;

покраска стен и потолка производственных помещений в белый цвет для повы-
шения их светоотражающей способности;

использование местного и направленного освещения;

включение осветительных приборов только в рабочее время и только по необхо-
димости;

увеличение светоотдачи существующих источников света;

использование устройств и интеллектуальных распределительных систем
управления освещением: систем дистанционного управления, различных датчиков и
т.п.
Для производственных машин и оборудования с электроприводом осуществляется оптимальный подбор мощности электродвигателя и использование частотнорегулируемого привода. При использовании электрооборудования для обогрева также
осуществляется подбор оптимальной мощности устройств и производится максимально
рациональное их размещение с целью сокращения времени на обогрев помещений. Радикальным методом энергосбережения можно назвать полную замену электрообогрева
на обогрев газом.
Для производственных холодильных установок кроме подбора оптимальной
мощности применяется изоляция корпуса холодильных установок и переход на использование энергосберегающих промышленных холодильников последнего поколения.
Также необходим контроль за состоянием агрегатов и устранение инея и наледи внут-
ри. Кондиционеры необходимо размещать максимально рационально, учитывая площадь помещения, количество машин, выделяющих тепло при работе, количество работающих людей. Во время работы кондиционера необходимо сводить к нулю возможность теплообмена кондиционируемого помещения с окружающей средой через открытые окна, двери, погрузочные окна и другие технологические проемы.
Чтобы снизить потери электроэнергии в сети, на предприятиях используются
энергосберегающие устройства, применяются только провода и кабели с медной жилой, отслеживаются возможные несанкционированные подключения.
Экономия тепла в производственных помещениях
Технологии энергосбережения в сфере тепловой энергии развиваются в двух
направлениях: снижении теплопотерь и повышении эффективности систем теплоснабжения. Для снижения теплопотерь применяются теплосберегающие строительные материалы и конструкции окон и дверей, различные способы герметизации производственных помещений для минимизации теплообмена с окружающей средой.
Для повышения эффективности систем теплоснабжения первостепенно интегрирование наиболее современного теплогенерирующего оборудования и снижение утечек
теплоносителя. Внедряется использование вторичных энергоресурсов, систем локального регулирования работы отопительных приборов и узлов учета тепловой энергии.
Экономия воды, газа и моторного топлива на производстве
Мероприятия по экономии воды и газа на производстве начинаются с установки
приборов учета их потребления. Для экономии воды монтируются автоматические регуляторы ее расхода, а для экономии газа подбирается оптимальная мощность газового
насоса и котла, морально устаревшие топливные котлы заменяются на новые, используются котлы с топками «кипящего слоя».
В области экономии моторного топлива для применяемых на производстве двигателей внутреннего сгорания можно отметить использование экономайзеров (средств
экономии топлива) и переход на использование техники с низким расходом горючего.
Литература.
1. Энергетика настоящее и будущее. - Д.Г. Жимерин, [ стр. 175, 184]
2. Энергетика и природа. – В.Б. Козлов, [ стр. 44, 47]