Для обеспечения современного уровня научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто за счет использования органических топлив (газ, нефть, уголь), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов.
Раскроем причины, побудившие человечество заняться широкомасштабным промышленным освоением возобновляемых (нетрадиционных) источников энергии. В основном такими причинами выступают:
климатические изменения и ухудшение экологии окружающей среды;
попадание в зависимость многих развитых стран, особенно европейских, от импорта топлива;
ограниченность запасов традиционных источников энергии на Земле.
В резолюции № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978 г.) в качестве нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) обозначены: ветровая, геотермальная, солнечная, энергия морских волн, приливов и океана, древесины, древесного угля, энергия биомассы, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.
Рассмотрим некоторые энергетические установки на основе этих природных ресурсов.
Ветряные электростанции.
Принцип действия ветряных электростанций состоит в следующем: ветер вращает лопасти ветряка и приводит в движение вал электрогенератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию. Видно, что ветряные электростанции работают, как игрушечные машины на батарейках, только по обратному принципу действия. Вместо превращения электроэнергии в механическую, энергия ветра преобразуется в электрический ток.
Геотермальные электростанции.
Такие электростанции преобразуют внутреннюю энергию Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электрическую. Первая геотермальная электростанция была создана на Камчатке. Существует ряд схем получения электрической энергии на геотермальной станции. Прямая схема: природный пар отправляется по трубам в турбины, соединенные с генераторами. Непрямая схема: сначала пар (до того как попадает в турбины) очищается от газов, порождающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар попадает в турбины, затем из воды, выделенной в результате конденсации, убираются не растворившиеся в ней газы.
Приливные электростанции.
Для выработки электрической энергии станции такого типа применяется энергия прилива. Первая такая электрическая станция (Паужетская) мощностью 5 МВт была создана на Камчатке. Для создания простейшей приливной электростанции (ПЭС) необходим бассейн — загражденный плотиной залив или исток реки. В плотине есть водопропускные отверстия и поставлены турбины, вращающие генератор. Во время прилива вода попадает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море будут равны, затворы водопропускных отверстий закроются. Во время отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним генераторы приступают к работе, и вода из бассейна понемногу уходит.
Солнечные электростанции.
В настоящее время создаются солнечные электрические станции в основном двух типов: солнечные станции башенного типа и солнечные электростанции распределенного (модульного) типа.
В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем весьма сложна, так как требуется обращение вокруг двух осей. Управление системой производится с помощью вычислительных машин. Рабочим телом в тепловом двигателе обычно выступает водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС, жидкометаллические теплоносители — до 800ºС.
Подписание Киотского протокола множеством развитых стран мира поставило на повестку дня быстрое развитие технологий, приводящих к сокращению выбросов СО2 в окружающую среду. Стимулом для развития этих технологий является не только понимание угрозы изменения климатических условий жизни и связанных с ними экономических потерь, но и то, что квоты на выброс парниковых газов стали товаром, которые имеют реальную цену. Одной из технологий, разрешающей снижение расхода органического топлива и уменьшиния выбросы СО2, является производство низкопотенциальной тепловой энергии для систем горячего водоснабжения, отопления, кондиционирования воздуха, технологических и иных потребностей за счет энергии Солнца. В настоящее время более 40% первичной энергии, которую расходует человечество, приходится на возмещение именно этих потребностей, и именно в этой сфере технологий применения солнечной энергии, являющейся наиболее зрелым и экономически обоснованным для широкого использования. Для большинства государств применение солнечных систем теплоснабжения — это еще и способ понизить зависимость экономики от ввоза ископаемых топлив. Эта задача особенно остро стоит перед странами Евросоюза, экономика которых сейчас на 50% зависит от импорта органических энергоресурсов, а до 2020 года эта зависимость может увеличиться до 70%, что таит в себе угрозу экономической независимости этих стран.
Таким образом, развитие сектора солнечной энергетики является актуальной задачей в настоящее время и требует более тщательного исследования этой области.
