Революционно экологические технологии в мире

Пусть это не всегда заметно на первый взгляд, но многие современные компании весьма изобретательны в том, что касается снижения своего негативного воздействия на окружающую среду.

Вопреки неудачам – вперед, к экологии!

С точки зрения «зеленых», 2010 год мог бы считаться годом упадка экологических технологий, будучи ознаменованным провальным саммитом ООН по проблеме глобального потепления. Мировые лидеры, собравшиеся в декабре прошлого года на копенгагенский саммит, так и не смогли выработать единой последовательной стратегии по сокращению выбросов углекислого газа – а ведь именно это соглашение гарантировало бы бизнесменам сохранность их долгосрочных инвестиций в экологические разработки. Усугубил ситуацию и так называемый «климагейтский скандал», разгоревшийся вокруг обвинения экологов в подтасовке результатов исследований климатических изменений. Пресса раздула скандал, и скептики снова ринулись в бой, поставив под сомнение само существование проблемы изменения климата. Доверие к экологической науке было подорвано. Что хуже всего, Сенату даже не удалось провести голосование по законопроекту, который ограничил бы выбросы в атмосферу парниковых газов и помог созданию рынка экологически чистых технологий. Казалось бы, в
Соединенных Штатах эко-технологии сделали шаг назад.

Однако это чересчур близорукий взгляд. В Европе, где уже существует рынок экологически чистых технологий, инвестиции
в возобновляемые источники энергии
– к примеру, солнечные электростанции и ветродвигатели, – ничуть не сократились. Главным действующим
лицом в этой сфере стал Китай, инвестирующий сотни миллиардов в возобновляемую энергию и энергоэффективные разработки. Таким образом, он позиционирует себя как ведущую нацию в индустрии будущего. Даже Соединенные Штаты, несмотря на свои политические трудности, не стоят на месте: Министерство энергетики, возглавляемое Стивеном Чу, нобелевским лауреатом в области физики, начало оказывать прямую поддержку компаниям, разрабатывающим инновативные экологические технологии, вкладывая все больше денег в НИОКР. Что самое главное, США – в особенности Силиконовая долина – по-прежнему удерживает славу сосредоточия самых перспективных и новаторски настроенных предпринимателей со всего мира. Креативных идей этим ребятам не занимать – читайте сами…

1. Биотопливо из водорослей.


Раскроем вам один секрет: наиболее интенсивное развитие в сфере возобновляемой энергетики в США принадлежит вовсе не энергии солнца или ветра и не электромобилям. Это старый добрый этанол. Благодаря щедрым государственным субсидиям в 2009 году Соединенные Штаты произвели 10,6 млрд галлонов этилового спирта (37,85 млрд литров). Этих объемов оказалось достаточно для снижения спроса на нефть на 364 млн баррелей. Однако ряд исследований показал, что идея замещения традиционных энергоносителей этанолом, получаемым из зерновых, нежизнеспособна. Зерно, которым можно кормить голодных, кормит наши автомобили – к тому же не очень успешно. Рост использования этанола связан скорее с политическими, нежели с экологическими, реалиями Америки. Представьте, что Айова – не только штат зерновой промышленности, но и место проведения первого закрытого президентского совещания.

Все вышесказанное вовсе не означает, что биотопливо не способно играть ведущую роль в более сбалансированной и экологичной энергетической политике Соединенных Штатов – нужно лишь правильно подобрать сырье. Одной из лучших кандидатур на данный момент является биотопливо
из водорослей, лишенное ряда недостатков топлива на
этаноле. Для выращивания водорослей не нужны пашни: прекрасно подойдут емкости, установленные в любом свободном месте с достаточным количеством солнечного света. Водоросли растут намного быстрее, чем зерновые культуры, и не требуют непременно чистой воды – им подойдет и сточная, и даже соленая вода. Разработки калифорнийской компании SapphireEnergyи расположенной во Флориде компании Algenolнаходятся сейчас на пилотной стадии, приближаясь к выходу на свободный рынок; все, что им нужно, – немного государственной поддержки.

Если не помешает мировой экономический кризис, к 2030 году 12% авиационного топлива будет производиться из водорослей. Мексика рассчитывает достичь 1% в течение 4 лет. Первый автомобиль на биотопливе из водорослей был построен в 2009 году. Это биотопливо – жидкость, напоминающая растительное масло, выделяет лишь пятую часть от количества углекислого газа, получаемого от сжигания ископаемого топлива и может производиться в прибрежных областях. Главной проблемой остаются деньги – стоимость производства предстоит снизить на 90%. (Ashley Cooper/ Ashley Cooper/Corbis)





На проходящем в Берлине международном авиасалоне ILA 2010 консорциум EADS представил первый в мире самолёт, который работает на биотопливе, произведённом из водорослей, сообщает NEWSru.co.il.

Самолёт нового поколения Diamond Aircraft DA42, оснащённый двумя двигателями Austro Engine AE300, принимает участие в ежедневной программе демонстрационных полётов.

Из-за более высокого содержания энергии в биотопливе из водорослей, расход топлива у самолёта Diamond DA42 на 1,5 литра в час меньше, чем у самолётов, потребАлинющих обычное топливо JET-A1, при сохранении равной производительности.

Измерения качества выхлопных газов показывают, что биотопливо из водорослей содержит в восемь раз меньше углеводородов, чем керосин, полученный из сырой нефти.

Содержание азота и серы в биотопливе по сравнению с ископаемым топливом также существенно ниже (до 40 процентов меньше оксида азота и около 10 мг оксида серы против 600 мг у обычного топлива Jet-A1).

Сообщается, что для использования биотоплива из водорослей в конструкцию двигателей самолёта необходимо было внести лишь незначительные изменения.

Отметим, что на днях в Калифорнии прошли первые испытания автомобиля, приводимого в движение исключительно силой ветра.

Сверхлёгкий трёхколёсный автомобиль оснащённый высокой мачтой, на которой расположен пятиметровый пропеллер, получил название Blackbird.

Ветромобиль начинает движение за счёт "толчка" от ветра, кинетическая энергия с колёс передаётся на тяжёлый "ветряк" и раскручивает его. После этого пропеллер начинает двигать автомобиль.










Компания Боинг заявила, что совсем скоро авиапром в качестве альтернативы дорогостоящему авиационному топливу начнет использовать морские водоросли. Специалисты компании изучили исследования ученых в области производства альтернативных видов топлива и пришли к выводу, что именно морские водоросли — наиболее оптимальное сырье для получения дешевого и экологически чистого топлива для самолетов.

В то время, как нефтяные запасы Земли восстанавливаются на протяжении столетий, водоросли способны самовоспроизводиться в течение 12 часов. Ученые разработали уникальный метод получения биомассы, являющейся сырьем для производства авиационного топлива: в специальном цилиндре при определенном освещении водоросли непрерывно размножаются, превращаясь в плотную массу. Затем по принципу работы центрифуги из цилиндра удаляется вода, оставляя стопроцентное мазутоподобное сырье, почти полностью совпадающее по своим характеристикам с параметрами «легкого» бензина. Водоросли планируется выращивать двумя способами: в открытых водоемах и специальных контейнерах вблизи ТЭЦ, используя тепловые выбросы электростанций.

По мнению специалистов Боинга, данный вид биотоплива — будущее авиации. На сегодняшний день Пентагон выделил на строительство заводов по производству биотоплива из водорослей 35 миллионов долларов.





В Сингапуре открылся крупнейший у мире ,первый завод по производству биодизельного топлива из водорослей

Новый завод по производству биодизеля способен в год производить 800000 тонн топлива. Завод производит биодизель из растительного масла и отходов животного жира в пищевой промышленности. Специалисты завода утверждают, что завод сокращает от 40% до 80% выбросов парниковых газов по сравнению с производством обычного дизельного топлива.

3. Органические солнечные элементы.

Компания Carbon Trust считает, что дешевые органические солнечные элементы могут быть достаточно эффективными, чтобы иметь коммерческий успех. Carbon Trust поддерживает проект по созданию печатных батарей солнечных элементов, которые могут использоваться в Африке и Индии. Но пока цифры неутешительны: КПД составляет всего 9%. Если показатели удастся повысить, многие из нас перешли бы на солнечную энергию. (Alex Hofford/EPA)

4. Морская энергетика.

Великобритания, США, Канада и Норвегия являются мировыми лидерами в развитии волновых и приливных электростанций. Стоимость таких установок пока что вдвое превышает их эффективность. Кроме того, в Великобритании места, подходящие для их размещения, находятся в глубоких или сложных для навигации водах. В настоящее время ведутся разработки по созданию более дешевых и совершенных приливных электростанций. По оценкам Carbon Trust, к 2020 году морская энергетика сможет обеспечить около 20% потребностей Великобритании в электроэнергии. (E.ON/PA)




Энергия приливной волны

Океанские приливы вырабатывают колоссальное количество кинетической энергии, которая – при наличии необходимых технологий – может быть грамотно использована в наших интересах. Приливы являются более надежным источником энергии, чем ветер, что связано с их предсказуемостью. Стоит учесть и тот факт, что наиболее пригодные для получения энергии ветра дуют в отдаленных местностях, в то время как большинство крупных городов, как правило, находятся у воды. Главной проблемой является большая стоимость
подводных турбин и прочих элементов инфраструктуры, за счет того, что морская соль
быстрее изнашивает оборудование.

Эта проблема по-прежнему актуальна, но идея использования энергии приливной волны завоевывает все больше и больше сторонников. Технология мало отличается от ветродвигателей: ритмичные движения воды вращают лопасти турбины, что приводит к выработке электричества. Как и в случае с ветром,
существуют области с максимальным потенциалом для работы с приливной волной – к примеру, залив Фанди в Канаде, где наблюдаются самые интенсивные приливы на планете. Приливы у побережья Нью-Йорка намного спокойнее, но и он не лишен возможности развития этой технологии – ряд компаний, к примеру, Verdantуже работают над этим.

5. "Умное" освещение.

Вытеснение ламп накаливания флуоресцентными лампами, которые на 80% эффективнее – только начало. Умное освещение это область инноваций, в которой работают сотни мелких предприятий, создающих новые способы обеспечения бедных стран освещением и разрабатывающих чувствительные к внешнему освещению системы с датчиками присутствия для фабрик и заводов. На очереди лампы, предоставляющие доступ к Интернету и выявляющие опасные химикаты. (Ashden Awards)



Управление умным освещением осуществляется ни при помощи выключателя, расположение которого строго зафиксировано в одном месте, а при помощи голоса, радиобрелока или пульта. Светильники в «Умном доме» работают не только в двух состояниях (горит или не горит). Вы сможете настраивать свет, словно звук, приглушая или усиливая его. К примеру, систему можно настроить так, чтобы утром свет медленно усиливался, демонстрируя вам то, что наступило утро и пора вставать. В программах настройки света можно указать степень его яркости, в зависимости от погоды, времени суток, дневной освещенности и иных параметров. Например, фонари в саду могут самостоятельно загораться в то время, как на улице начинает темнеть.



С чего начинается «умное освещение», конечно же, с грамотно проложенной проводки. Но если отделочные работы уже завершены, а идея установить «умное освещение» пришла поздно, не беда, некоторые системы управления светом можно встроить и после

Для чего нужна система «умное освещение»?

Во-первых, для удобства, управлять светом можно нажатием одной кнопки на элегантной сенсорной панели встроенной в стену, или же с пульта дистанционного управления.

Во-вторых, можно при необходимости установить самостоятельные световые сценарии, которые включаются автоматически. Например, для комфортного утреннего пробуждения, можно внести в память процессора сценарий "утро"

Одновременно сработает будильник и спальня озарится приглушенным светом ночника, работающего вполовину своей мощи, чтобы не ослепить вас после сна.

Если вы покидаете дом на длительное время, отправляетесь в отпуск, то самое время воспользоваться сценарием "хозяин в отпуске".

Во время вашего отсутствия управляющее устройство - процессор будет включать и выключать свет в течение всего времени в разных помещениях для того, чтобы создать видимость присутствия хозяев и таким образом ввести потенциальных злоумышленников в заблуждение.

В этом варианте система управления светом интегрирована в систему безопасности дома.

В-третьих, это, несомненно, экономия средств, электроэнергия будет расходоваться грамотно.

Для выполнения функций необходимо установить датчики движения, изменения освещенности, которые будут передавать нужную информацию в процессор.

Датчики движения можно настроить таким образом, что они будут не чувствительны к перемещению животного.

Установив нужный световой сценарий на темное время суток, вы можете не беспокоиться, «умная система» осветит весь путь до туалета и обратно, проснувшемуся среди ночи ребенку, работая в режиме ночного освещения.

6. Пиролизное масло.

Ведутся усиленные поиски биотоплива завтрашнего дня, которые тут же порождают споры о дороговизне использования земли и других противоречивых особенностях производства биоэтанолов. Ведутся исследования для производства пиролизного масла, которое обычно получают путем сжигания отходов при температуре 500 градусов Цельсия. Проект стартует в Великобритании в 2014 году и в ближайшие 10-15 лет должен начать приносить прибыль. .(Chip Somodevilla/Getty Images)

7. Автоматизация строений.

Немецкая компания EnOcean, попавшая в список из 100 компаний, разрабатывающих "чистые” технологии Cleantech 100 в 2011 году, разрабатывает систему, которая реагирует на изменения температуры. Посылаемые системой сигналы управляют автоматическим оборудованием здания, которое контролирует освещение и отопление. Также эта технология, разрабатываемая в сотрудничестве с компаниями со всего мира, должна в перспективе поличуть расширенные возможности управления беспроводными системами в зданиях. (EnOcean)

8. Надежная технология морских ветрогенераторов.

Что делать, если установка, сравнимая по размерам с башней Мэри-Экси лондонским колесом обозрения сломается в 150 милях от берега в суровых водах Доггер-банки? Именно это – главная проблема, из-за которой Великобритания использует морскую ветроэнергетику лишь менее чем на 5%. Консорциум компаний, занимающихся энергетикой ищет способы усовершенствовать конструкцию и способы монтажа и обслуживания. (Murdo Macleod/Murdo MacLeod)


[img][/img]

В Китае построили морскую ветряную электростанцию

Первая в КНР морская ветряная электростанция сегодня запущена в эксплуатацию в окрестностях Шанхая, сообщает агентство Синьхуа.

Ветряная электростанция мощностью 100 мВт состоит из 34 ветряных генераторов. Станция расположена рядом с «Дунхай Дацяо», с морским мостом, длиною 32,5 километра, который соединяет Шанхай с расположенным на острове глубоководным портом Яншань. Годовой объем производства электроэнергии станцией должен составить 267 миллионов кВт.ч.

Проект электростанции и ее ветряных генераторов разработан в КНР без иностранной помощи. Глубина моря в районе, где расположена ветряная электростанция, составляет около десяти метров, мачты ветряков возвышаются над морем на 90 метров. Скорость ветра на такой высоте составляет в среднем в течение года 8,4 метра в секунду, что обеспечивает мощность каждого генератора около 3 МВт, говорится в сообщении агентства.






Ветрогенератор


Еще в Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

Появлением ветряных мельниц, была облегчена одна из самых тяжелых крестьянских работ - вращение тяжелых каменных жерновов, перетирающих зерно в муку. Теперь это делал ветер, крутя крылья мельницы. Одна из первых ветряных мельниц была найдена в Персии - в ней крылья были насажены на ту же ось, что и жернова. Всем была хороша персидская мельница, но вот беда - она могла работать лишь при сильном устойчивом ветре. Когда его порывы стихали, вращать жернова приходилось по старинке - с помощью быков, а то и рабов. И вот, приблизительно шестьсот лет назад, началось строительство мельниц башенного типа с огромными крыльями, расположенными горизонтально к поверхности земли. Одна из первых таких мельниц появилась в Голландии, издавна славившейся изобретательными мастерами. В 1745 году некий Эдмунд Ли осчастливил мельников изобретением нового типа крыльев - деревянных каркасов, обтянутых материей. Выдумка оказалась настолько удачной, что применяется в ветряных мельницах и сейчас.

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.

Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх - настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой.

Время шло, и люди все чаще задумывались о ветре как о источнике бесплатной энергии. Наступил такой этап развития технологии, когда стали строить электрогенераторы. И в Дании в 1890 году построили первый ветрогенератор для производства электричества. Такие ветрогенераторы устанавливались в труднодоступных местах, куда было неудобно или невыгодно передавать ток с обычных электростанций. В конце концов, ветровые турбины стали давать четверть всей нужной датской промышленности энергии. Между 1920 и 1930 годами ветровые генераторы стали появляться в Австралии и США. В 1937 году в Крыму была построена крупнейшая в мире, как говорили тогда, ветроэлектрическая станция. Она действительно была внушительных размеров, но ток, который ветрогенератор давал в электрическую сеть Севастополя, мощностью своей не превышал 100 кВт.

Типы ветрогенераторов

Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы следующим образом :
• с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
• с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
• с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Разработаны также устройства для преобразования энергии ветра в электроэнергию без применения движущихся частей. К ним относится, например, устройство, в котором для выработки электрической энергии на основе термоэлектрического эффекта Томсона применяется процесс охлаждения в ветровом потоке.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения могут использовать для преобразования энергии ветра подъемную силу или силу сопротивления. Устройства, использующие подъемную силу, предпочтительнее, поскольку они могут развить в несколько раз большую силу, чем устройства с непосредственным действием силы сопротивления. Последние, кроме того, не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость ветра. Вследствие этого лопасти, на которые действует подъемная сила (ветроколеса), могут быть более быстроходными (быстроходность - отношение окружной скорости элемента поверхности к скорости ветра) и иметь лучшее соотношение мощности и массы при меньшей стоимости единицы установленной мощности.

Ветроколесо может быть выполнено с различным количеством лопастей; от однолопастных ветрогенераторов с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и более). Ветроколеса с горизонтальной осью вращения выполняют иногда фиксированными по направлению, т.е. они не могут вращаться относительно вертикальной оси, перпендикулярной направлению ветра. Такой тип ветрогенераторов используется лишь при наличии одного, господствующего направления ветра. В большинстве же случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так называемая головка), выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветрогенераторов как правило применяются для этой цели хвостовые оперения, у больших - ориентацией управляет электроника.

Для ограничения частоты вращения ветроколеса при большой скорости ветра используется ряд методов, в том числе установка лопастей во флюгерное положение, использование клапанов, установленных на лопастях или вращающихся вместе с ними, а также устройства для вывода ветроколеса из-под ветра с помощью бокового плана, расположенного параллельно плоскости вращения колеса.

Лопасти могут быть непосредственно закреплены на валу генератора, или же вращающий момент может передаваться от его обода через вторичный вал к генератору, или другой рабочей машине.

Из рисунка 8 видно, как установленная мощность Руст, развиваемая ветроколесом с горизонтальной осью вращения, зависит от его размеров.

Перпендикулярное направление действия ветра на установки с горизонтальной осью вращения оказалось малоэффективным, так как также требует использования систем ориентации и сравнительно сложных методов съема мощности, что ведет к потере их эффективности. Они не имеют преимуществ по сравнению с другими типами ветродвигателей с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Такие роторы имеют важные преимущества перед ветрогенераторами с горизонтальным расположением оси. Для них отпадает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и уменьшаются гироскопические нагрузки, вызывающие дополнительные напряжения в лопастях, системе передач и прочих элементах установок с горизонтальной осью вращения.

К таким установкам относятся устройства с пластинами, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы, на которые действует также и подъемная сила. Устройства такого типа обладают большим начальным моментом, однако меньшими быстроходностью и мощностью по сравнению с обычным ротором.

В 1920 г. во Франции Дарье предложил новый тип ротора, интенсивной разработкой которого начали заниматься с 1970 г. Сейчас ветрогенератор Дарье может рассматриваться в качестве основного конкурента ветрогенераторов крыльчатого типа.

Ротор Дарье относится к ветрогенераторам, использующим подъемную силу, которая появляется на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Ротор имеет сравнительно небольшой начальный момент, и большую быстроходность, в силу этого - относительно большую удельную мощность, отнесенную к его массе или стоимости. Такие роторы имеют различную форму (Φ-, Δ-, Υ- и ромб-образную) с одной, двумя или большим числом лопастей.

Крылья пропеллера должны быть легкими и в то же время достаточно прочными. Они делаются из дерева, стали или искусственных материалов - таких как фиберглас.

Современные ветрогенераторы конечно, более производительны чем ветряки. Количество вырабатываемого ими электричества зависит от силы ветра и площади лопастей пропеллеров. Например, увеличивая вдвое площадь лопастей, можно получить вчетверо больше электричества.

Малые и средние ветровые турбины как правило снабжают электричеством острова или небольшие отдаленные поселения. В США, например, ветрогенератор на острове Каттиханк Айлэнд, расположенном неподалеку от побережья штата Массачусетс, вырабатывает достаточно энергии для снабжения двухсот человек - всего населения острова. В нашей стране ветрогенераторы применяются, в основном, на севере - на Кольском полуострове, в Якутии и даже на антарктических научных станциях.

Сегодня в США, Великобритании, Дании и Канаде производятся ветровые турбины мощностью 1 МВт электроэнергии (этого хватает, чтобы мгновенно вскипятить 500 чайников). Самые большие ветрогенераторы в мире - английская LS-1 на острове Оркни и американская MOD5-B на Гавайских островах. Лопасти английской турбины имеют размах 60 метров, она производит приблизительно 3 МВт электроэнергии. Американская еще больше: размах лопастей 96 метров.

Однако вряд ли ветровая энергетика будет развиваться по пути гигантизма. Скорее, будущее принадлежит средним турбинам, более удобным в производстве и эксплуатации. Как бы ни были велики и мощны современные ветрогенераторы, они пока не могут полностью обеспечить потребности крупных городов. Небольшие ветровые электростанции успешно действуют во многих странах мира. В США, например, где множество ферм и малых городов расположено в труднодоступной местности, всячески поощряется строительство ветрогенератор в 1,5 киловатта. На одном из Северо-Фризских островов в Германии уже много лет работает установка для опреснения морской воды, а на острове Пельворм даже создан полигон для испытаний разных моделей ветроустановок. В нашей стране ветрогенераторы малой мощности успешно применяются в южных животноводческих хозяйствах для механизации подъема воды. Практика показала, что использование их обходится в 4 раза дешевле, чем использование дизельных двигателей, и в 10 раз дешевле подвоза воды автомобилями.

Непостоянство силы ветра требует надежной аккумуляции (сохранения) энергии на периоды затишья. Однако существующие аккумуляторы электроэнергии очень дороги и могут работать с хорошей отдачей лишь с малыми ветрогенераторами. Вследствие этого энергию ветра лучше аккумулировать в самом продукте, который она производит, - в смолотой муке, измельченных кормах, воде, наполнившей водонапорную башню. Все это повышает ценность применения ветровой энергии именно в сельском хозяйстве.

Одно из достоинств ветроусгановок заключается в том, что они действуют как бы в унисон с нашими потребностями. В большинстве регионов земного шара наиболее сильные ветра дуют осенью и в начале зимы - как роз тогда, когда человек больше всего нуждается в свете и тепле. И наоборот, времена затишья - в основном летом - совпадают с периодами сокращения потребления энергии (мы говорим, разумеется, о бытовом потреблении). Но это и другие достоинство выглядят бледновато по сравнению с основным недостатком: чтобы увеличить мощность ветроустановки, надо наращивать размер лопастей, то есть, утяжелять конструкцию. Однако тогда для работы ветрогенератора потребуется еще большая скорость ветра, а значит, сузятся районы применения установки. Заколдованный круг.

Ветрогенераторы и окружающая среда

Сегодня, когда экологические проблемы постепенно становятся одной из главных забот человечества, использование разных источников энергии рассматривается не только с точки зрения их мощности и экономичности, но и влияния на окружающую среду.

На первый взгляд ветровая энергия абсолютно чиста экологически и не наносит ущерба природе и людям. Но это не совсем так. Мощные ветровые электростанции с сотнями и тысячами ветровых турбин приносят немало проблем: они производят невообразимый шум, могут служить помехой для радио- и телетрансляций. Кроме того, огромные вышки нередко препятствуют миграции птиц. Разумеется, по сравнению с тем огромным ущербом природе, который наносят тепловые электростанции, вред от ветрогенераторов почти незаметен, однако если мы хотим в будущем иметь абсолютно "чистую" энергетику, проблемы влияния ветроустановок на окружающую среду надо решать уже сейчас. Одним из таких решений - и наиболее перспективным - является установка ветрогенераторов в открытом море, на большом удалении от берегов. Это повысит не только безопасность, но и экономичность, так как на просторах Мирового океана ветры дуют с особой силой. Разумеется, установка ветрогенераторов в открытом море требует больших затрат, однако экологическая чистота стоит денег, затраченных на нее.

Первая ветряная электростанция в открытом море уже действует. Это установка Эбельтофф в Дании. 16 ее турбин производят 55 кВт электроэнергии - вполне хватает для полного снабжения поселка из 600 домов. Специалисты подсчитали, что только Западная Европа, береговая линия которой протянулась более чем на 20000 километров, в состоянии получать около триллиона киловатт-часов электроэнергии в год, если воздвигнуть ветрогенераторы вблизи от побережья. А возможности нашей страны в этом плане еще выше.

На сегодняшний день технология строительства платформ для ветрогенераторов в открытом море отработана (большую роль здесь сыграл опыт строительства морских скважин для добычи нефти) и уже применяется.

Как уже опмечалось, главной проблемой применения ветровой энергии является непостоянство ветра. Имеется несколько способов аккумулировать энергию на случай безветренных дней. Простейший из них - создать систему двух резервуаров, один из которых залегает ниже другого. В ветреные дни производимое электричество можно использовать для закачки воды из нижнего резервуара в верхний. А когда ветрогенератор бездействует, достаточно открыть перемычку - и вода устремится из верхнего резервуара в нижний, вращая по пути турбину, которая будет давать электроэнергию. Еще один способ аккумулирования - использование ветровой энергии для электролиза воды - получения водорода и кислорода из воды. Водород - идеальное топливо, которое может заменить любой тип горючего. Теплота его сгорания втрое выше, чем у бензина. Если в ветреные дни создать достаточный запас водорода, его можно транспортировать в любое место по газопроводам, а затем использовать в топливных элементах.

Ученые подсчитали, что общий ветроэнергетический потенциал земли приблизительно в 30 раз превосходит годовое потребление электричества во всем мире. Разумеется, весь этот запас энергии использовать не удастся. Для нормальной роботы ветроустсновок скорость воздушных потоков не должна в среднем за год падать меньше 4-5 м/с, и в то же время не должна превышать 50 м/с. Впрочем, максимальная скорость ветра может быть и выше. Американские инженеры создали генератор с вертикальными роторами, которые вращаются наподобие карусели. По своей эффективности он превосходит лопастные генераторы почти втрое и способен выдерживать даже ураганные ветры. Видимо, с развитием технологии появятся и более совершенные конструкции. Скорее всего, технология не пойдет по пути повышения размеров ветроустановок. Будущее принадлежит ветрогенераторам мощностью от 5 до 100 киловатт, которые будут обеспечивать нужды сельского хозяйства и небольших поселений. Впрочем, имеется возможность применения и более мощных (до 5 мегаватт) установок, которые будут вырабатывать электроэнергию в составе уже существующих энергетических систем. Кроме того, ветровая энергия может быть использована для производство удобрений, для получения сжатого воздуха, который будет направляться в водоемы для их аэрации - повышения содержания кислорода, необходимого для его обитателей. Разные отросли промышленности все активнее делают заявки на ветровую энергию.

P.S.
Что же такое ветер? Можно ли применять его энергию и рассчитывать на его помощь, если это едва ли не самое неустойчивое и мало предсказуемое явление природы? Как он зарождается, куда направлен, можно ли на него "положиться"? Ведь от того, насколько постоянна его природа, зависит эффективность работы любой ветроэнергетической установки.

Под лучами Солнца от нагретой поверхности Земли нагревается и воздух. Интенсивность его нагрева завсит в основном от состояния и свойств земной поверхности Так например, воздух в пустыне от раскаленного песка получает в 130 раз больше тепла, чем от морской поверхности на той же широте. Нагретый воздух уменьшает свою плотность - меняется атмосферное давление, при повышении температуры оно падает, при понижении - наоборот. Массы воздуха с большим давлением Двигаются туда, где давление ниже, появляется ветер. На широте экватора вследствие сильного нагрева поверхности Земли образуется устойчивая зона пониженного давления. В нее стекаются воздушные массы с севера и юга - создаются постоянные ветры одного преимущественного направления - пассаты. Под действием вращения Земли они немного отклоняются, в Северном полушарии вправо по ходу воздушных масс, в Южном - влево.

На высоте 5-7 км дуют ветры обратного направления - антипассаты. К северу и югу от экватора есть довольно узкая зона устойчивого затишья. Приблизительно на широте 30 градусов по обе стороны от экватора наблюдаются вторые зоны затишья, куда притекают и опускаются холодные потоки с экватора, прошедшие на высоте нескольких километров, - антипассаты. Появляется зона высокого давления, здесь зарождаются пассаты. Из этой же области дуют ветры по направлению к полюсам, так называемые преобладающие западные. По сравнению с пассатами они существенно более изменчивы. Это полоса между 30 и 60° к северу и югу издавна имеет худую славу у моряков и прозвана ревущими сороковыми. Район Бермудских островов на широте 30 , находящийся в зоне затишья, иногда называется конскими широтами. Это странное и немного мрачное название сохранилось со времен парусного флота. Многие корабли того времени перевозили из Европы в Вест-Индию лошадей. Попадая в зону безветрия, суда лишались возможности двигаться, обвисали паруса, таяли запасы пресной воды и продовольствия. Прежде всего при этом погибали лошади. Выброшенные за борт, их трупы еще долго носились по волнам.

На полюсах вследствие сильного охлаждения есть еще две области высокого давления, из которых к экватору дуют устойчивые полярные восточные ветры.

Под действием солнечных лучей суша нагревается и охлаждается быстрее, чем вода, вследствие этого в различное время года на побережьях морей и океанов образуются сезонные ветры, дующие на берег или с берега, - муссоны.

Итак, оказывается, ветры - явление не такое уж стихийное, как это может показаться с первого взгляда. На их постоянство можно рассчитывать, их энергию можно использовать, не боясь, что в один прекрасный, а точнее, совсем не прекрасный момент они исчезнут вовсе.

На земном шаре имеются огромные пространства, над которыми дуют ветры с постоянным преимущественным направлением и примерно одинаковой силой. Наша страна вследствие своего географического положения в этом плане находится в выгодных условиях. Она обладает неисчерпаемыми ресурсами энергии ветра. Имеются огромные области в России, где применять энергию ветра можно с максимальной эффективностью. Применять. Например, побережье Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Чукотки, севернее приблизительно шестьдесят седьмой параллели, и Камчатка. Длительность действия ветра в этих районах приблизительно 300-320 суток в году.

Какие же препятствия стоят на пути широкого использования ветра? Их в основном два: непостоянство его направления и силы и необходимость аккумулирования энергии на случай отсутствия ветра или малой его мощности. Прежде всего, видимо, надо рассматривать ветроэнергетические установки как один из путей получения дополнительной энергии, позволяющей сократить расход органического топлива.

9. Экономичные способы опреснения воды.

Превращение морской воды в питьевую или техническую – процесс, уже освоенный крупными предприятиями в ОАЭ, США и еще нескольких странах. Но потребность в пресной воде растет, в том числе и из-за растущих потребностей Китая. Поскольку применяемые сегодня процессы требуют больших затрат средств и энергии, существует большая заинтересованность в усовершенствовании фильтрации, техники обратного осмоса, идет заимствование технологий из области умягчения воды. (Jim Hollander/EPA

10. Технология захвата и хранения углерода.

Технология захвата и хранения углерода (CCS) способна снизить выделение углекислого газа на газовых и угольных электростанциях, на производстве цемента и других производствах на 90%. Из-за проблем с финансированием проекта, технология пока что существует лишь на бумаге. Более 200 британских ученых из36 университетов участвуют в исследованиях. Международное агентство энергетики подсчитало, что для предотвращения повышения температуры на планете на 2 градуса к 2050 году потребуется применение около 3000 систем CCS на предприятиях во всем мире. Реакция правительства Великобритании ожидается в ближайшем времени. (Murdo Macleod/Murdo MacLeod)

Микротопливные элементы

Порой современные технологии возрождают из небытия достижения уже прошедших лет. Микротопливные элементы – это старая, фундаментальная технология, заключающаяся в производстве электричества внутри клетки путем химической реакции между частицами топлива и оксидантом. По сути они представляют собой вид химической батареи, которую при желании сможет соорудить и ученик старшей школы на уроке химии. Но в отличие от батарей, они не способны накапливать электричество, поэтому необходим постоянный внешний источник энергии, пополняемый время от времени. Но простота производства делает их весьма удобными для определенных целей. К примеру, НАСА долгое время использовали подобную технологию на основе водородного топлива для снабжения энергией космических кораблей.

Данная технология заинтересовала разработчиков как возможный источник получения электроэнергии в коммерческих масштабах. К примеру, Hondaи некоторые другие автомобильные компании начали производство автомобилей на микрочастицах водородного топлива, но
массовому производству всегда мешала высокая цена. Ситуация начинает понемногу меняться, благодаря запуску компании BloomEnergyв штате Калифорния, США. В начале этого года компания
эффектно вышла на рынок, предложив покупателям «Блум Бокс» (BloomBox), систему, использующую
микротопливные элементы для получения энергии вне общей энергосети. «Блум Бокс», по размерам вполовину меньший морского транспортировочного контейнера, использует твердые частицы оксидного топлива, получая энергию из его реакции с природным газом. Эта технология не нова, но именно специалисты BloomEnergyвыяснили, как проводить эту химическую реакцию при низких температурах, делая новинку безопасной для использования в офисах. Именно там эта технология и прижилась в первую очередь – такие корпорации, как Googleи eBay, могут использовать эти более экологичные установки параллельно с традиционной энергосетью для снижения ущерба, наносимого окружающей среде.

Электромобили

Будущее за электричеством – таков главный догмат защитников окружающей среды. Но когда же наступит это будущее? Электромобили существуют с самого зарождения автомобиля и технология, в сущности, не изменилась еще со времен личного электромобиля Генри Форда – «модели Т». Но они стабильно проигрывают своим бензиновым собраться по весьма веским причинам: галлон бензина дает огромный выброс энергии, в то время как батареи никогда не могли заставить автомобиль двигаться действительно быстро. Даже в 1990-е, с выпуском усовершенствованных моделей электромобилей вроде EV1 компании GeneralMotors(ныне снятого с производства), машины на батареях оставались лишь фетишем для тех, кто ставит свои убеждения превыше удобства.

Но времена изменились, и 2010 год может на самом деле ознаменовать переломный момент в истории электромобилей. Столь ожидаемая модель Voltот GeneralMotors(не полный электромобиль, а гибрид со встроенным электродвигателем) официально поступает в продажу в конце этого года. Японский автопроизводитель Nissanпошел еще дальше, выпустив Leaf, автомобиль, работающий исключительно на электричестве; подобные разработки есть и у Fordи Toyota. Более мелкие молодые компании экспериментируют с суперэффективными электромобилями, а новаторская компания BetterPlaceработает над созданием в Израиле сети зарядных станций для создания собственной транспортной системы электрокаров с подписной платежной системой, базирующейся на беспроводном сообщении. На пути разработчиков электромобилей по-прежнему масса препятствий, и едва ли они существенно снизят выбросы углекислого газа в атмосферу без широкой поддержки общественности, однако постепенно эти новинки отвоевывают
свое место под солнцем.

Солнцемобили Автомобили на солнечной тяге



1. Первый электромобиль на солнечных батареях был показан публике в далеком 1955 году. Это была небольшая беспилотная модель.
2. А уже по прошествии тридцати лет, в 1987 году, прошли первые всемирные соревнования автомобилей на солнечных батареях.
3. С тех пор ежегодно в Австралии проходит состязание подобных самодвижущихся повозок – Australian World Solar Challenge. Дистанция от Дарвина до Аделаиды, которую преодолевают участники, равна 3010 км.
4. Место выбрано не спроста, ведь солнца в Австралии больше чем где-либо, а ясных дней здесь насчитывается около трехсот.
5. Основными участниками этих соревнований являются энтузиасты: студенческие и научные группы ВУЗов. Некоторые проекты спонсируются крупными автомобильными концернами.
6. Подобные соревнования приравниваются к шоу, за которым ежегодно наблюдает приблизительно 200 миллионов человек, а это значит, что можно дополнительно прорекламировать свою продукцию.
7. Полученные результаты интересны не только для автомобильной промышленности, ведь спутники в космосе уже давно питаются энергией солнца.
8. Заинтересовались такими автомобилями не только в солнечной Австралии. Например, в США, в Денвере, ежегодно проводятся гонки на ускорение. Дистанция, как и подобает канонам этого спортивного состязания, равна 402 метрам. Результатам могут позавидовать хозяева автомобилей, использующие все тот же бензин. "Каррент Элиминейтор – 3" на преодоление этой дистанции тратит всего-навсего 10,23 секунды.
9. Однако, не смотря на то, что для перемещения эти машины не израсходуют ни капли бензина, проблема "солнцемобилей" не только в отсутствии солнечных дней, как кажется на первый взгляд.
10. Даже в хорошую и ясную погоду КПД солнечных фотоэлементов равно 15 %. В то время как КПД двигателя внутреннего сгорания равно 40-45 %, то есть в три раза больше.
11. Еще один минус этих автомобилей – мощность. Они развивают не многим больше 1 л. с. и это при условии, что площадь фотоэлементов приблизительно два квадратных метра, поэтому скорость таких машин тоже не велика. 100 км/ч, при хорошей погоде и попутном ветре, считается очень хорошим показателем.
12. И все же есть оптимисты, которые верят в будущее подобных транспортных средств.
13. Так, французская фирма Venturi на сегодня уже имеет два проекта электромобилей, готовых к серийному производству, – это Ecletic и Astrolab. Последний похож даже на спортивного автомобиля, правда, только внешне. Похвастаться завораживающей мощностью они пока не могут. Eclectic способен развивать всего 22 л. с.
14. Эти автомобили конечно перемещаются без бензина, но не долго. Заряда никелиево-металлогибридных аккумуляторных батарей от фотоэлементов хватает всего на 50 км пути, при скорости не более 50 км/ч.
15. Разработчики предусмотрели и вариант для пасмурных дней. В таком случае автомобиль можно будет подключить к сети и через пять часов опять отправляться в путь.
16. Но если нет ни солнца, ни розетки под рукой, то можно использовать энергию ветра, которой при сильном ветре достаточно для преодоления 15 км.
17. Родственник Eclectic – Astrolab способен разгоняться до 120 км/час, а его заряда должно хватать на 110 км пути.
18. Стоимость таких автомобилей предварительно должна быть равна 25 тыс. евро. Так что все это пока можно назвать лишь игрушками, к тому же еще и не дешевыми.
Но кто знает, двигатель внутреннего сгорания тоже когда-то воспринимался именно так, а сегодня… В общем, поживем – увидим.

Модульная атомная энергия

Атомная энергия издавна была одним из поводов к становлению движения за защиту окружающей среды, ведь «Гринпис» фактически зародился как анти-
ядерная организация. Но несмотря на то что проблема утилизации ядерных отходов и риск новых аварий на ядерных реакторах вызывают повсеместную
обеспокоенность, нельзя игнорировать тот факт, что ядерное топливо является единственным эффективным и стабильным источником электроэнергии,
который не выделяет углекислого газа. Если в одной только Америке демонтировать все атомные электростанции, вырабатывающие, кстати, около 5% необходимой стране энергии, и заменить их работающими на угле тепловыми электростанциями, уровень углекислого газа в атмосфере взлетит до небес.

Однако противодействие строительству АЭС по-прежнему сохраняется – новые установки не строятся в Америке уже несколько десятилетий. И дело
не
только в экологии. Атомные станции являются крайне дорогостоящими инвестиционными проектами, и на сегодняшний день немногие коммунальные службы могут взять на себя финансовый риск, связанный со строительством новой, и взять кредит в банке – даже при поддержке правительства. Но что если
уменьшить размеры ядерного реактора? Именно это и пытаются сделать компании NuScalePowerи Babcock& Wilcox. Построив небольшой модульный атомный реактор, размером с четверть обычной гигаваттной подстанции, можно сократить капиталовложения, необходимые для строительства и снизить обеспокоенность общественности возможными авариями. Похоже, настают времена более «благоразумной» атомной энергетики

Искусственный фотосинтез
Какими бы изобретательными ни были люди – природа всегда может их превзойти. Может, дело в том, что у природы были сотни миллионов лет, чтобы
довести свои проекты до совершенства? Возьмем, к примеру, фотосинтез. Растения с зелеными листьями способны улавливать энергию солнца и превращать ее в полезное химическое топливо, и процесс этот намного эффективнее наших самых современных фотогальванических солнечных батарей.

Десятки ученых работают сегодня над проектом искусственного фотосинтеза. О чем-то подобном писал еще британский писатель Иэн МакЮэн в посвященном проблеме глобального потепления романе «Солнечный». Дэниэль Носера, специалист-энергетик Массачусетского технологического института, разрабатывает технологию искусственного фотосинтеза, способствующую производству электричества, которое затем будет использоваться для получения водорода для микротопливных элементов. Это лишь один из видов налаживания процесса фотосинтеза, но компания
JouleBiotechnologiesуже настроена на получение
прибыли. Будущее – за солнечной энергией, вопрос в том, как лучше использовать этот источник энергии. Деревья знают лучший вариант.