Чудеса альтернативной энергетики
Дата публикации: 4 мая 2014
Виды альтернативной энергетики
Богатая фантазия не в особом почёте в нашем практичном мире. Тем не менее, большинство фантастических идей стали прародителями многих открытий. Но вначале несколько слов о видах альтернативной энергетики.
Солнечная энергетика позволяет получать электроэнергию из солнечных лучей. Не будем углубляться в конструкцию солнечных установок, а вкратце скажем, что для этого используются фотоэлектрические преобразователи. Другой тип солнечных установок вначале нагревает воду, а затем вращает турбину и вырабатывает электроток. Одну из таких установок вы видите на рис. 1 (рисунки можно увеличить).
Основным условием стабильной работы таких устройств является мощная аккумулирующая база. Без накопления энергии при непостоянстве солнечных лучей установка бессмысленна.
Следующий вид — геотермальная энергетика. Призвана получать электроэнергию из тепла земли. Здесь тоже имеются разновидности. Получаемое тепло непосредственно из горячих подземных источников и за счёт геотермальных насосов.
Третий вид – ветроэнергетика. Пожалуй, самая знакомая нам установка, в которой на высокой башне вращаются ветряки и вращение через вал передаётся на генератор. На выходе – искомая электроэнергия. Бывают ветроустановки с вертикальной осью вращения и с горизонтальной.
Четвёртый вид- так называемая «морская» серия. Включает в себя три разновидности. Первая разновидность из этой серии — волновая энергетика. Хотя и не очень знакомая, но уже давно используемая. Энергия поднимающихся и опускающихся морских волн преобразуется в однонаправленную кинетическую, которая вращает вал генератора.
Приливная энергетика – вторая разновидность «морской» установки. Применяется на побережье открытых морей и океанов. Такие бассейны, как Чёрное море, для подобных установок не подходят. Море не имеет открытых выходов в мировой океан и не подвержено приливам и отливам. Для устройства приливной электростанции нужен залив моря, или устье реки, выходящей в открытый океан. Бассейн перекрывается плотиной, в которой есть водопропускные отверстия с гидротурбинами. Прилив – вращение турбин, отлив – снова вращение. И так два раза в сутки.
Температурная энергетика – третья разновидность «морских» электростанций. Здесь используется разность температур верхних слоёв океана с нижними.
И, наконец, пятый вид возобновляемых источников – биоэнергетика. Основана на гниении массы отходов растительного и животного мира, при котором выделяется метан. Посредством этого газа получают тепло и электроэнергию. Есть и другие разновидности, позволяющие получать горючее для машин даже из бытового мусора.
Но то, о чём сейчас пойдёт речь, вы раньше даже и представить себе не могли. Некоторые из вышеперечисленных видов альтернативной энергетики настолько модернизированы, что трудно поверить в реализацию фантастических идей учёных.
Реальные достижения на грани «бредовых» идей
Хотите верьте, хотите нет, но альтернативные источники энергии продолжают занимать умы изобретателей мировой цивилизации. Результатом одной из фантастических идей предстал перед глазами французов первый «солнечный» поезд, отправившийся по маршруту Париж – Амстердам 7 июня 2011 года. Поезд приводило в движение…солнце (рис. 2)
Солнечные батареи (их 16 тысяч), которые дают электроток для поезда, смонтированы возле железной дороги. Автор проекта – бельгийская компания Enfinity. Подобные проекты реализуются сейчас в США и других странах мира.
«Ножницы» мнений и судьба энергетики
Что бы ни говорили о дороговизне, а дальнейшая судьба альтернативной энергетики предрешена. Ставку в будущем надо делать на естественно возобновляемые источники. Хотя споры, сомнения доходят до накала. С одной стороны раздаётся хор скептиков, кивающих на бесконечность запасов нефти, газа и угля в недрах земли, вследствие чего нет необходимости выдумывать что-то новое, с другой нарастает волна независимости от стран-поставщиков. Такой получается разброс мнений. Чья возьмёт – покажет время.
Хотя уже сегодня тенденция направлена явно в сторону альтернативной энергетики. Продажа ветровых электростанций ежегодно растёт на 30 процентов, а солнечных батарей и того больше – на 50 процентов. Десятки миллионов домов в ведущих странах Европы получают тепло и горячую воду от солнечных лучей. К 2020 году намечено освоить возобновляемые источники энергии на уровне 20 процентов от общего потребления, а к 2040 году – на 40. Несмотря на временную дороговизну установок, Европа идёт на расходы ради независимости от поставщиков нефти, газа, угля.
Взять нынешнее политическое состояние на Украине. В любой момент в обстановке хаоса и безвластия здесь могут перекрыть доступ газа в Европу. Такая непредсказуемость стоила бы огромных денег и расходы на установку дорогой аппаратуры солнечной или ветровой электроэнергии покажутся детскими. Энергетическая независимость для стран Европы превыше всего.
Таким образом, разброс мнений в отношении использования естественной и альтернативной энергетики становится всё меньше в пользу последней. «Ножницы» расхождений во мнениях постепенно сходят на нет.
Чудеса: ветрогенератор взмыл в небо!
Народы развитых стран давно привыкли видеть высоченные стальные башни с пропеллером наверху, солнечные батареи на крышах предприимчивых хозяев. Но эти «удовольствия» стоят пока очень дорого для отдельных заказчиков. Поэтому изобретатели идут двумя путями решения проблемы: с одной стороны они добиваются удешевления установок, с другой – повышения мощности ветрогенераторов и других видов альтернативной энергетики. То есть, идут по пути совершенствования, модернизации агрегатов.
Порой находят совсем простые решения, но не особо эффективные, а порой диву даёшься, куда может завести неуёмная мысль изобретателей. В результате на арену действительности выходит новое поколение ветрогенераторов и необычное применение энергии солнечных лучей.
В Великобритании специалисты компании Wind Power изобрели новую ветряную турбину наилегчайшего веса. Лопасти генератора были наполнены лёгким углеродным волокном, от чего намного изменился вес, мощность и стоимость агрегата в целом. Теперь предоставлена возможность поднимать ветряк на высоту башни до 130 метров.
А специалисты американской фирмы Altaeros Energies сделали, что называется, революционный рывок в деле модернизации ветрогенераторов. Они по полочкам разложили все составляющие детали и пришли к единому мнению: существенную дороговизну в ветроустановке приносит стальная сварная башня для поднятия ветряка. И ещё: башня не даёт возможность поднять ветряк на такую высоту, где гуляют устойчивые и напористые ветры. То есть, она малоэффективна.
Диагноз дороговизны и малой мощности поставлен. Учёные принялись «лечить» болезнь. Они решили полностью игнорировать дорогостоящую и малоэффективную башню и вместо неё установить ветряк в поднимающейся гондоле на такую высоту, которая ранее и не снилась специалистам. Результат ошеломляющий: ветрогенератор взмыл в небо и заработал довольно эффективно благодаря хорошим высотным ветрам.
Агрегат выглядит необычно: гондола в виде кольца наполняется гелием, а в её центре монтируется турбина и генератор. Электроток подаётся на землю с помощью удерживающих гондолу стальных тросов (см. рис.3). Кажется, всё просто, но до этого надо было додуматься, сконструировать, рассчитать и так далее.
Теперь ветрячок исправно вкалывает на высоте более полукилометра от поверхности, давая приличную и постоянную мощность. Представляете, какую башню и какой стоимости надо было бы отгрохать, чтобы поднять на такую высоту ветряк и получить искомую мощность! Посмотрите, как убого выглядят мощные ветровые установки с дорогостоящими башнями на фоне современных открытий. Вот она, вчерашняя ветроэнергетика (рис 4).
Но решение одной проблемы породило множество других. Теперь учёным придётся решать несколько задач: как поднять на большую высоту гондолы и при этом обезопасить полёты самолётов, как суметь удержать их на большой высоте при ураганных ветрах.
И ещё одна техническая проблемка озадачила учёных. Они поставили цель максимально облегчить летающую часть ветрогенератора, а все тяжелые механизмы, в том числе и сам генератор, оставить на земле. То есть, вырабатывать электроэнергию не в воздухе, а на земле, передавая крутящий момент на генератор по тросу.
И снова удача! Наряду с этой задачей была решена и следующая – летающий лёгкий ветряк сконструировали автоматически управляемым. Его сделали полужёстким, пилотируемым с земли, набирающим высоту до одного километра и передающим по тросам вращение на генератор, расположенный внизу. Вот он автоматически пилотируемый летающий ветрогенератор новейшего поколения (см. рис.5).
На солнцелёте вокруг Земного шара!
Не знаю, почему летательный аппарат изначально назвали самолётом? Сам-то он не летает, в него надо керосин первоклассный залить, а уж потом… Скорее всего, для названия «самолёт» подходит новейшее изобретение 21 века – солнцелёт. То есть, самолёт в нашем понимании, но летающий без единой капли горючего! На солнечных батареях. Верится с трудом, не правда ли?
Но это действительно не фантазия. Просто то, что сейчас сообщим, мало кто знает. На будущий год в Швейцарии запланирован кругосветный полёт самолёта без единой капли керосина на борту. Летательный аппарат будет передвигаться по воздуху за счёт солнечной энергии. Монокрыло покрыто солнечными элементами (см рис.6). Солнцелёт снабжён 4-мя электродвигателями, КПД которых очень высок – около 94 процентов.
Первый экспериментальный полёт запланирован на май 2014 года на военном аэродроме близ города Пайерне в Швейцарии. Беспосадочный перелёт вокруг земли планируется провести за пять суток со скоростью 50 километров в час.
Самолёт баснословно лёгкий – всего две с половиной тонны, рассчитан на одного пилота (см. рис. 7).
Кстати, это вторая модель летательного аппарата, работающего на солнечных батареях. Мощность 4-х винтовых двигателей 70 лошадиных сил, может поднять аппарат на высоту до 8 тысяч метров. Размах крыла необычный — 72 метра, на котором смонтированы солнечные батареи.
За предстоящий год инженерам придётся ответить на многочисленные вопросы. Скажем, на такой: а что если аппарат войдёт в облачную зону, где отсутствуют солнечные лучи?
Итак, в мае нынешнего года начнутся испытательные полёты, а на будущий год швейцарские инженеры планируют отправить солнцелёт в кругосветное беспосадочное путешествие. Будем следить за новостями.
В.Ильин
Летающий ветряк:
