Альтернативные источники энергии

Солнечный свет, как и любой другой свет, несет заряд энергии. Когда луч света попадает на какой-нибудь предмет, то эта энергия трансформируется в тепло. Такое же тепло как мы чувствуем, сидя на солнце. Это значит, что наше тело не превращает лучи солнца в электричество.

А вот некоторые материалы обладают свойствами трансформации света в электричество. К ним относится кристаллический поликремний (силикон), полупроводник, используемый в строительстве солнечных батарей.

Для оснащения солнечных батарей специально выращивают большие кристаллы поликремния. В этих кристаллах «подогретые» солнцем электроны освобождаются из связей кристаллической решетки и начинают двигаться в определенном направлении (потому что поликремний — полупроводник), а не «метаться» на месте, создавая вместо электрического тока тепло, как в случае с нашим телом.

Правда, технология производства таких солнечных батарей очень дорогая, потому что выращивание кристаллов поликремния требует немалых затрат, а работает поликремний с эффективностью всего 22−23%.

Каким образом солнечная энергия конвертируется в электричество?

При попадении луча света на силиконовый кристалл, фотон выбивает один электрон из кристаллической решетки и заставляет этот электрон свободно двигаться. Освобожденные электроны с отрицательным зарядом и «дырки» (квазичастицы, образованные в месте выбивания электрона), с положительным зарядом и есть электричество. А весь процесс называется фотоэлектрическое преобразование.

Ветроэлектростанция — это мачта, наверху которой размещается контейнер с генератором и редуктором. К оси редуктора ветряной электростанции прикреплены лопасти. Контейнер электростанции поворачивается в зависимости от направления ветра.

Ветроустановка, построенная неподалеку от деревни Грабники в Новогрудском районе, в высоту достигает 81 метра, а длина каждой ее лопасти — 40 метров. Производитель — китайская компания HEAG. Запуск ветряка приурочили к 80-летию создания белорусской энергосистемы.

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветряные электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Принцип действия геотермальной станции прост. На глубину до трех километров, где находятся граниты, разогретые до температуры 300Со, пробурены скважины. В одни из них заливается вода, из других выводится разогретый пар, который и поступает на паровую турбину, вращающую электрический генератор.

Оказывается, стоимость геотермальной электрической энергии в 2 раза меньше, чем стоимость ветровой энергии, и в 10 раз меньше, чем стоимость солнечной энергии.

Создание разности уровней воды в реке достигается сооружением плотины — самого важного и самого дорогостоящего элемента ГЭС. Вода, протекая с верхнего уровня на нижний либо по специальным трубам — турбинным трубопроводам, либо по каналам в теле плотины, приобретает большую скорость и падает на лопасти гидротурбины. Ротор гидротурбины приводится во вращение под воздействием центробежной силы струи воды. Как и в паровых турбинах, принимаются меры, исключающие или уменьшающие удар струи воды о стенки лопастей гидротурбины.

о — коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум оmax = 0,4 ч 0,5), безмерная величина.

R — радиус ротора, единица измерения — м.

V — скорость воздушного потока, единица измерения — м / с с — плотность воздуха, единица измерения — кг/м3.

зред — КПД редуктора, единица измерения — проценты зген — КПД генератора, единица измерения — проценты Для следующих данных:

о = 0,45.

R = 2 м.

V = 5 м / с с = 1,25 кг/м3.

зред = 0,9.

зген = 0,85.

Для преобразования ветрового потока в электрическую энергию используют ветродвигатели в соединении с электрогенератором — ветроэнергетические установки или ветрогенераторы. Принцип действия всех ветрогенераторов один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу ветрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору. Чем больше диаметр ветроколеса ветрогенератора, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает ветрогенератор. Существующие системы ветрогенераторов по схеме устройства ветроколеса и его положению в потоке ветра разделяются на три класса.

сокращение потребления невозобновляемых ресурсов снижение экологической нагрузки снижение расходов на дальнепривозное и сезонное топливо Принцип работы автономных ветряков Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У классических ветровых установок — 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает — то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ. Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом.

Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

Сток реки является возобновляемым источником энергии.

Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

Водохранилища делают климат более умеренным.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;

средние — до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды. электричество батарея геотермальный энергия гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.