Обзор возможностей альтернативной энергии на территории России
В последние годы все более актуальным становится вопрос об использовании человеком энергии, получаемой отличными от традиционных способами. Такую энергию часто называют альтернативной, а источники ее получения - возобновляемыми.
Современная промышленность требует колоссальных затрат энергии, и с ее ростом эти потребности все больше возрастают. Сегодня огромная часть этой энергии, около 40%, получается за счет сжигания ископаемого топлива - угля, нефтепродуктов и газа, запасы которых на планете весьма ограничены в сравнении их расходом. Кроме того, добываемые углеводороды используются также как топливо для всех основных видов транспорта и на нужды химической промышленности - большинство из окружающих нас в повседневной жизни предметов обихода изготовлены из синтетических материалов - от зубной щетки до предметов офисного интерьера. Энергию, получаемую на гидроэлектростанциях можно назвать возобновляемой, но при этом плотины, необходимые для их работы, также как и тепловые станции на угле и органическом топливе, наносят непоправимый вред окружающей среде. Наконец, атомные электростанции дают более чистый вид энергии, но утилизация их отходов и их безопасность весьма проблематичны. Кроме того, запасы ядерного топлива еще более ограничены, чем запасы органического и ископаемого.
На этом фоне очень заманчиво было бы использовать энергию из других источников. В самом деле, одно лишь Солнце ежесекундно обрушивает на Землю поток энергии, превосходящий в тысячи раз суммарную мощность всех земных электростанций. Другим источником может служить гравитация, точнее приливы, вызываемые гравитационным полем Луны при ее вращении вокруг нашей планеты. Еще одним источником альтернативной энергии являются химические источники тока - гальванические и топливные элементы.
Однако, мощность аккумуляторных батарей, несмотря на широкое применение в быту и попытки внедрения их на транспорте, слишком незначительна в сравнении с ее потребностью в промышленности, а приливные электростанции можно использовать лишь на побережьях Мирового океана, да и то не везде и при условии серьезных капиталовложений.
Солнечную же энергию и энергию движения воздушных масс (собственно, ветер можно считать производной от получаемой Землей солнечной энергии) вполне возможно использовать практически везде, в любой точке поверхности планеты, причем как в промышленных масштабах, так и в микроэнергетике - для получения такого ее количества, которого будет достаточно для использования в индивидуальном хозяйстве.
Значения мощности солнечного излучения существенно изменяются в зависимости от времени года, что вполне естественно, т.к. она зависит от высоты солнца над горизонтом и длительности светового дня (таблицы 1 и 2).
В то же время мощность солнечного излучения гораздо меньше зависит от географической широты (рис. 1). Так, южные границы России находятся на 41-ой параллели, а самая северная точка - на 82-м градусе северной широты, при этом годовая суммарная мощность для этих мест составляет 1300 и 810 кВт ч/кв. м соответственно. Средний же показатель по стране на широте 55 градусов равен 1,69 кВт ч/кв. м в январе и 11,41 кВт ч/ кв. м в июле ежесуточно.
Скорость ветра по российским регионам носит еще более стабильный характер (рис.2) - его среднегодовая скорость на большей части территории составляет около 5 м/сек, что соответствует слабому или, в северных районах, умеренному (до 7 м/сек) ветру.
Как показывает практика, приведенных значений мощности солнечного излучения и силы ветра достаточно для расчета и постройки установок для получения альтернативной энергии, используя энергию Солнца.
Источники альтернативной энергии могут быть двух типов: электрические, преобразующие энергию Солнца и силу ветра в электрический ток, и неэлектрические - прямо использующие тепловую (инфракрасную) часть солнечного излучения для нагрева рабочего тела (воздуха или жидкости, в большинстве случаев - воды).
Среди установок второго типа наибольшее распространение получили солнечные воздушные и жидкостные коллекторы. Воздушные коллекторы используются для кондиционирования и обогрева помещений, и хотя обладают низким КПД, имеют простое устройство, недороги, и позволяют существенно снизить расходы на отопление. Солнечные коллекторы, рефлекторы и гелиоустановки имеют высокий (до 50-60%) КПД, рабочую температуру от 100 до 300 градусов, способны полностью обеспечить загородный дом или коттедж горячей водой и теплом, и, несмотря на стоимость, многократно окупают себя в течение срока эксплуатации.
Наконец, ветряные генераторы и солнечные электрические батареи являются самыми дорогостоящими элементами индивидуального автономного энергоснабжения, и в то же время обеспечивающими полную независимость потребителей от централизованного подключения к электрическим сетям. При использовании правильно спроектированных комбинированных систем солнце-ветер, учитывающих климатические и географические факторы, себестоимость одного киловатта электрической энергии составляет сейчас 30…50 центов, однако с развитием технологий получения альтернативной энергии и неизбежного роста цен на природное топливо актуальность использования таких систем в микроэнергетике будет неуклонно возрастать.
