Геотермальная энергия

Ветровая энергия.

Ветровая энергия продолжительное время использовалась в мо­реплавании, а также для приведения в движение мельничных колес. В последнее время она начала использоваться для выработки электро­энергии. Большинство ветроэнергетических установок имеет мощ­ность несколько киловатт, и используются они в отдаленных местах, например на морских маяках.

Со времени энергетического кризиса 1973-1974 гг. в развитие вет­ровой энергетики были вложены значительные средства. Было пост­роено несколько экспериментальных установок разной конструкции. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетическими установками, все еще высока по сравнению с электроэнергией, полу­чаемой на базе органического топлива. Кроме того, выявились неко­торые проблемы, связанные с электрическими помехами. Тем не менее ветровую энергию следует рассматривать как энергетический ресурс.

Ветроэнергетическая установка предназначена для того, чтобы превращать кинетическую энергию ветра в энергию вращении рото­ра генератора, который и вырабатывает электроэнергию. Выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрово­го ротора и скорости ветра (в кубе). Поэтому ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость вет­ра в среднем не бывает очень большой.

Одной из самых сложных проблем, препятствующих широкому распространению ветроэнергетических установок, является постоян­но меняющаяся скорость ветра. Даже высоко в горах нельзя рассчи­тывать на стабильную скорость ветра. Кроме того, электроэнергия начинает вырабатываться этими установками тогда, когда дует ве­тер, а не тогда, когда она необходима. К сожалению, удобного, эф­фективного и экономичного способа запасать электроэнергию в боль­шом количестве еще нет.

Отношение к ветроэнергетическим установкам до сих пор неодноз­начно. Считается, что широкое развитие ветровой энергии может привести к заметным климатическим изменениям.

Этот вид энергии некоторые причисляют к неисчерпаемому, эко­логически чистому источнику энергии будущего. Чтобы понять, на­сколько это соответствует действительности, необходимо вниматель­но проанализировать принципы использования геотермальной энергии. Принцип вы­работки электроэнергии на современной геотермальной электростанции (ГеоТЭС) тот же, что и на ТЭС, работающей на орга­ническом топливе: теплота, получаемая в данном случае из недр Зем­ли, используется для выработки пара, который вращает турбоагрегат. КПД ГеоТЭС из-за низкой температуры пара меньше, чем ТЭС на органическом топливе. Кроме того, пар, поступающий из недр Зем­ли, загрязнен, иногда значительно, растворенными в нем солями.

Для удаления нежелательных химических примесей в схеме ГеоТЭС предусмотрен сепаратор пара. В последующем эти химические веще­ства могут быть использованы в качестве промышленного сырья. Из конденсатора поступает чистая вода, которая может использоваться в хозяйственных целях. Для конденсации отработавшего пара исполь­зуется внешнее охлаждение — возможно охлаждение с помощью гра­дирен, а получаемая вода может вновь закачиваться через скважины в недра Земли для ее дальнейшего включения в процесс теплообмена. В более простых схемах отдельные компоненты могут отсутствовать.

Если бы земная кора, мантия и ядро были однородными, тепло­вой поток повсюду был бы равномерным, тепловое излучение земно­го ядра было бы непригодно для использования. Однако земная кора неоднородна, и вулканическая деятельность и наличие горячих ис­точников во многих районах служат доказательством того, что маг­ма в этих местах относительно близко подступает к поверхности зем­ли. В отдельных районах, где магма близко подходит к водонесущим породам, которые к тому же сверху перекрыты непроницаемой скаль­ной породой, создаются благоприятные условия для образования пара. Путем бурения скважин этот пар, часто имеющий температуру от 100 до 300°С, можно извлекать из недр земли для использования. Иногда такой пар через естественные трещины или расщелины вы­ходит на поверхность в форме гейзеров. Эта гипотеза образования пара не доказана, поскольку еще не проводились соответствующие исследования процесса теплообмена между источником теплоты и водоносными пластами.

Оценить ресурсы геотермальной энергии — задача трудная; лю­бая количественная оценка на сегодняшний день, вероятно, неточна, однако не настолько, чтобы серьезно изменить сделанные выводы. Использованный метод оценки состоял в обследовании всех извест­ных в мире районов геотермальной активности и определении коли­чества теплоты, содержащейся в этих районах на глубине до 19 км. При этом методе геотермальные ресурсы были оценены в 4∙10²² Дж. Допустим, что из этого количества энергии 1% может быть преобра­зован в электроэнергию при КПД = 25%. В этом случае общее произ­водство электроэнергии составит 10²⁰ Дж. Для выработки такого ко­личества электроэнергии, скажем за 50 лет, понадобилось бы построить геотермальные электростанции общей установленной мощ­ностью 60 ГВт. Однако эта мощность одного порядка с мощностью, которую можно получить при освоении всего потенциала прилив­ной энергии.

Чтобы приступить к освоению этого относительно небольшого источника энергии, необходимо сначала решить несколько техноло­гических и экологических проблем. Широкое освоение геотермаль­ной энергии будет возможно, когда она станет конкурентоспособ­ной по сравнению с другими энергоресурсами. Большая часть затрат на ее освоение связана в настоящее время с бурением скважин, необ­ходимых для извлечения из недр пара или горячей воды. Эти скважи­ны не столь глубокие, как нефтяные, однако их диаметр больше (до­стигает 60 см). Высокое содержание солей в геотермальной воде приводит к тому, что через несколько лет работы происходит заку­порка скважин. В результате их необходимо прочищать или требует­ся пробуривать новые скважины в другом месте, что связано с допол­нительными расходами. По большинству скважин поступает не пар, а горячая вода; в этом случае КПД процесса выработки электроэнер­гии меньше. Отбор теплоты из геотермального источника происхо­дит обычно быстрее, чем ее возмещение за счет естественного про­цесса. В результате со временем температура пара или горячей воды начинает снижаться, уменьшается также их поступление на поверх­ность. Это означает, что наступает исчерпание источника геотермаль­ной энергии. Чтобы предотвратить этот процесс, под землю под вы­соким давлением должна закачиваться вода, что связано с определенным риском. Такая закачка вызывала сдвиги земной коры вдоль линий разрывов.

На пути к широкомасштабному использованию геотермальной энергии стоит много нерешенных проблем, которые необходимо пре­одолеть до того, как будут сделаны крупные капитальные вложения в освоение этого источника энергии. Руководствуясь историческими фактами, можно прийти к выводу, что если крупные капиталовложе­ния будут сделаны, то эксплуатация геотермального источника бу­дет осуществляться вне зависимости от того, какими будут послед­ствия для окружающей среды.

Дата добавления: 2014-12-25