Hort.by — Блог Лизы Хорт

Круговорот энергии в природе

Альтернативные источники энергии

Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью. Все вокруг вращается, движется — всеэнергия. Перед нами грандиозная задача — найти способы добычи этой энергии. Тогда, извлекая ее из этого неисчерпаемого источника, человечество будет продвигаться вперед гигантскими шагами.
Никола Тесла

Проблема использования альтернативных источников энергии, не оказывающих пагубные последствия для окружающей среды, постепенно находит свои решения. Если раньше применение таких методов давало низкое КПД, затрачивая огромные ресурсы на выход сравнительно малого количества электричества, то современные исследования и технологические разработки позволяют сделать эту отрасль более доступной. Уже сегодня появляются интересные изобретения и архитектурные решения, работающие на альтернативной энергии.

Казалось бы, что может быть более доступно, чем солнечные лучи, дуновение ветра или  поток воды. Этого добра на нашей планете хватает! Солнечное тепло, ветер и вода — неиссякаемы и самовозобновляемы, чего не скажешь о традиционных газе, угле и нефти. По оценкам специалистов, мировой резерв угля составляет 15 трлн тонн, нефти – 300 млрд тонн, газа – 220 трлн кубометров; разведанные запасы угля – 1685 млрд тонн, нефти – 137 млрд тонн, газа – 142 трлн кубометров. Непрерывный рост промышленности и постоянные запросы на ее энергоснабжение существенно сокращают эти цифры. Бытует мнение, что при таком течении ситуации запаса угля хватит примерно на 270 лет, нефти и газа – на 50 лет. Кроме того, переработка традиционного топлива чревата загрязнением окружающей среды, нарушением экологического фона планеты и, как следствие, плохим здоровьем населения. Солнце, ветер и вода создают безвредную альтернативу нефти, газу и углю. Мировое энергетическое агентство также прогнозирует: к 2035 году возобновляемые источники составят почти одну треть совокупного объема выработки электроэнергии.

Ветер перемен
Пожалуй, ветер — это самый древний способ получения энергии. Первые ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии еще в 200 г. до н.э. А первыми ветрогенераторами, двигающими корабли, были паруса.
Ветер кажется дешевым возобновляемым источником энергии. В отличие от солнца, он может существовать независимо от дня и ночи, времени года. Однако ветер еще надо поймать, ведь не существует месторождения ветров. Поэтому, как правило, современные ветрогенераторы рассредоточены на большие площади; стоит вопрос о получении максимального количества энергии с небольшой территории при равномерной скорости ветра.

0_a1c5d_bd3e2c95_XL
416
artifical_tornado_02
m2

Существуют интересные разработки преобразования энергии ветра в электричество: такая установка внутри себя порождает искусственный ураган. Автором этого изобретения является канадский инженер и предприниматель Луи Мишо. Формирует искусственный торнадо избыточное тепло, которое образуется при работе современных электростанций. Компьютерная модель исследователя показала, что этот способ может повысить производительность электростанций на 40%. Теплый воздух в специальной установке будет генерировать  вихревые потоки, скорость, мощность и направление которых можно будет контролировать. Искусственный торнадо в свою очередь вращает турбину, преобразующую кинетическую энергию в электричество, на подобие уже существующих ветрогенераторов. В настоящее время Мишо занимается практическим воплощением своей идеи.
Интересна идея использования ветроэнергетики в быту. Так шведские конструкторы разработали светильник «Solvinden» для частных домов, который использует энергию ветра. Устройство представляет собой гибрид компактного маломощного ветрогенератора и светодиодного светильника. При вращении внутри плафона лопастей ветрогенератора вся выработанная энергия напрямую поступает на светодиоды, что позволяет установке достичь высокого КПД. Модель светильника скоро поступит в продажу, однако пока его мощности все равно недостаточно для полной замены электрических светильников.

gR7bn1YYQMs

Сегодня ветроэнергетика набирает популярность. В основном используются ветряные генераторы, которые практически не потребляют ископаемого топлива. Работа такого «пропеллера» мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелейнефти. Большинство ведущих мировых стран уже тратят деньги на ветер. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос 47 млрд долл. В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation должна была приблизиться к значению в 273 ГВт, а на деле она даже превзошла этот показатель и достигла 282,4 ГВт.

Место под солнцем
Основным видом неисчерпаемой энергии по праву является солнце. Небесное светило ежесекундно дает планете 80 тыс. млрд. кВт, что в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Однако, солнечный свет непостоянен: ночью его нет, и в некоторых широтах в зимнее время его свет заслоняется тучами. На этот счет самой близкой к Солнцу территорией нашей планеты является Тибет. Неспроста Китай называют «Поднебесной». Сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более 50 тыс. гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тыс. кв. м., созданы гелиотеплицы общей площадью в 1 млн. кв. м.
Хотя гелиоэнергия доступна сама собой, получение из нее электричества не всегда дешево и эффективно. Поэтому ученые умы всего мира трудятся над совершенствованием новых «ловушек» для солнца, способных перерабатывать его тепло в электричество с максимальным КПД.
Так ученые из Стэндфордского университета изучили, насколько расход электроэнергии на создание солнечных панелей превышает объем электричества, производимого ими, и пришли к выводу, чтоотрасль начала переходить к «положительному КПД» и уже к 2020 году возместит старые затраты. По мнению ученых это связано с тем, что на создание современных солнечных батарей уходит гораздо меньше кремния (или его вообще нет), а в процессе производства значительно эффективнее расходуются сырье и электроэнергия.
В качестве решения для увеличения эффективности солнечной батареи американские ученые из  университета в Мэдисоне предложили взять пример с подсолнуха, который поворачивается вслед за солнцем, отслеживая его положение. Метод подсолнуха позволяет получить максимальное количество солнечной энергии с утра до вечера. Однако поначалу, чтобы постоянно придерживать панель под определенным углом к солнцу, эта система была снабжена множеством моторчиков и датчиков, влияя на общую стоимость прибора. Но недавно ученые предложили новую концепцию недорогой и простой механической установки для домашнего использования. В ее основе лежит специальный жидкокристаллический нанокомпозит, который может скручиваться и двигаться под нагревом солнечных лучей, реализуя метод подсолнуха.

sb_1365001186_full

А немецкая компания Heliatek из Дрездена наладила производство олигомерных фотоэлементов. Эти панели способны эффективно собирать солнечное тепло при больших углах падения и перегреве. Первые испытания уже показали более высокие результаты по сравнению с кремниевыми фотоэлементами.
Вместе с тем, многие изобретатели уже мыслят в направлении «зеленой» энергии. Так по проекту местного архитектора и ярого приверженца источников альтернативной энергии Ральфа Дейца в немецком городе Фрайбург был построен эко-дом. На крыше цилиндрического строения установлена огромная солнечная батарея, перемещающаяся благодаря наводящей системе вслед за направлением солнечных лучей. Здание площадью 286 кв. м. вращается на 180 градусов, что позволяет его батарее собирать как можно больше солнечной энергии в течение всего дня. Дневного количества энергии хватило бы на пять таких эко-домов — ее мощность равна 6 кВт. Также конструкция предусматривает сбор дождевой воды и повторное ее использование для технических нужд.

zili1

А вот китайские ученые работают над созданием «умных» окон, стекла которых представляют собой солнечные батареи. По словам разработчиков, долгое время было трудно добиться для таких стекол прозрачности, но использование оксида ванадия, способного регулировать инфракрасное излучение, эту проблему решило. При температуре ниже определенного уровня стекло пропускает солнечные лучи в полном объеме, но после определенного порога начинает их рассеивать, направляя на солнечные батареи.
Есть попытки применения солнечных батарей в мобильных телефонах и электромобилях, но пока такие источники недостаточно эффективны. Хотя возможно, с применением новых технологий для этой отрасли так же загорится «зеленый свет».

Электричество из шума
Оказывается, извлечь энергию можно даже из шума. Использовать такой интересный метод предложила группа корейских изобретателей с помощью звукопоглощающего прибора, способного преобразовывать 1 дБ звука в 30 Вт экологически чистой энергии. Для увеличения собираемой мощности каждое устройство Sonea Energy Absorbing размером 45х45 см и весом 7 кг может стыковаться друг с другом, образуя плоскостные или объемные системы. Основным местом применения таких приборов проектировщики считают аэропорты, где каждый взлетающий самолет производит шум уровнем порядка 140 дБ, что эквивалентно 240 кВт мощности.

1275

Но не только аэропорты создают много шума. Как правило, это проблема всех больших городов, где помимо человеческого гула раздаются звуки автобанов, железнодорожных вокзалов, транспортных развязок. По подсчетам ученых один такой город может шуметь на уровне 70-100 дБ. Так почему бы не поглотить шум и не использовать его во благо! Поэтому в ходе конкурса eVolo 2013 миру был представлен небоскреб, извлекающий электроэнергию из шума. Проект Soundscraper способен строить высотки в самых шумных районах мегаполисов. Причем, чем выше уровень звука, тем лучше. Такой небоскреб будет покрыт огромным количеством специальных «ресничек», улавливающих звуковые колебания в округе и трансформирующие кинетическую энергию в электрическую. Высотка, построенная по проекту Soundscraper, способна вырабатывать электричества больше соответствующих солнечных батарей и ветряных турбин. Одна башня может производить до 150 МВт, что составляет 10% от энергопотребления Лос-Анджелеса.
Похожий принцип лег в основу системы Pavegen Systems, которая распознает звуковые вибрации от ходьбы людей по полу и превращает их в чистое электричество. Эта идея также может найти широкое применение в местах большого скопления народа вроде вокзалов и крупных торговых центрах.

Энергия отходов
Интересен способ рационального использования бытовых отходов. Так, разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, состоящий из метана и углекислоты. Конечно, тут нельзя говорить о полном отсутствии выброса вредных веществ. Но уже существующие свалки никуда не деть, и газ от их разложения все равно уходит в верхние слои атмосферы. Так что использование энергии газовыделения в данной ситуации позволило бы уменьшить количество мусорных «курганов».
Проводятся эксперименты и по обеспечению энергией из навоза звероводческих ферм. Так перерабатывая ежедневно 70 тонн навоза, можно получить 40 кВт энергии.
А изобретатель Михаэль Хоффман понял идею переработки отходов буквально. Он придумал туалет, отходы которого подогреваются с помощью солнечных батарей, так что выделенный водород и углерод далее могут использоваться для выработки электричества. Данный проект финансируеся Фондом Билла и Мелинды Гейтс. Пока заявленная стоимость «аксессуара» колеблется в пределах 2000 долл., но разработчик надеется, что при массовом производстве эту цифру можно будет существенно снизить.

Перспективы
Подумать только: что если наш автомобиль будет самостоятельно подзаряжаться от солнечной батареи днем и иметь дополнительную зарядку от трения воздуха во время езды; если винт в вертолете оборудовать под трансформатор, который из ветра будет давать дополнительную энергию; если каждый жилой дом сам будет обеспечивать себя электроэнергией с помощью солнца, ветра и стука дождя о крышу? Мысль Николы Тесла об окружающей нас всеэнергии теперь кажется вполне осуществимой. Ведь первые шаги  уже сделаны, и при дальнейшем успешном ходе сбора энергии от своей жизнедеятельности и ее правильном аккумулировании человек может обеспечить свой быт экологически чистой энергией, чтобы в нем эту жизнедеятельность поддерживать. Вот он – закон сохранения энергии!

Для журнала «Директор»

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *