Вся правда о тепле Четверг, 27.06.2019, 09:17
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Статьи
Главная » Статьи » Энергосбережение

Тепловая энергия и энергетика будущего
Тепловая энергияРазговоры о том, что водород - источник энергии будущего неоправданны. Водород может быть только аккумулятором энергии, так как для производства водорода необходимо затратить энергию от другого источника. При этом КПД установок по добыче водорода даже самых современных не превышает 50%. Правда водород имеет огромную калорийность и его выгоднее транспортировать к конечному потребителю, чем любой другой вид энергии. 

Еще в 70-х годах прошлого века известный геолог Владимир Ларин разработал теорию, поддержанную многими учеными и никем пока не опровергнутую, которая утверждает, что водорода у нас много больше. Не просто больше, его у нас — целый океан, до которого надо только добраться. И сделать это не так сложно. Достаточно пробурить несколько пяти - шестикилометровых скважин в нужных местах. За разработку этой концепции Ларин получил докторскую степень.

Суть теории заключается в том, что ядро нашей планеты состоит не из железа, как считалось ранее, а из металлогидридов. Из предельно насыщенных водородом магния и кремния и уж только потом — из железа. Собственно, никаких доказательств того, что ядро Земли железное, нет. Ученые еще в начале прошлого века выяснили, что оно состоит из некоего плотного металла, и посчитали, что этим металлом является железо. Зато доказательств металлогидридной теории — масса. Вулканы и земные разломы выбрасывают в атмосферу водород именно так, как требует металлогидридная теория и вопреки тому, что постулирует железная. На основе своей теории Ларин, верно, предсказал появление в базальтовых породах самородных металлов. Ею легко объясняются загадочные скачки плотности земной мантии на глубинах в 400, 670 и 1 050 км.

Но самое главное в этой теории вот что. На суше есть несколько точно установленных мест, в которых земная кора имеет толщину всего 5—10 км (обычно же — 100—150). Это так называемые области рифтогенеза. По теории Ларина, пробурив в этих местах несколько скважин, можно добраться до металлогидридного слоя. И тогда, закачивая в одну из скважин воду, из других можно будет получать чистый водород в практически неограниченных количествах. Причем нужный газ будет не только отдаваться металлогидридами, но и получаться благодаря соединению щелочноземельного магния с водой.



Но все это пока в теории, кроме того, если мы будем добывать водород из недр Земли и сжигать его в атмосфере, у нас возникнут новые проблемы. Водород, сгорая, вступает в реакцию с кислородом, образуя воду. При больших количествах поступления водорода в атмосферу мы в скором времени останемся без кислорода для дыхания. Эта перспектива не очень радужная.

Единственный вариант использования водорода экологически безвредно, только в качестве носителя энергии разлагая воду.


Солнечная энергия
В идеальном варианте его можно получать при помощи солнечной энергии в промышленных масштабах для использования в дальнейшем как основной вид топлива.

Возобновляемой энергией можно назвать энергию Солнца и только.

Это или прямая солнечная радиация или биоэнергия или геотермальная энергия.

Основная задача современной науки найти возможность максимально эффективно утилизировать солнечную энергию. Уже сейчас есть установки по утилизации солнечной радиации КПД которых достигает 35-40%.

Биотопливо может уменьшить долю использования не возобновляемых источников энергии, но оно имеет ряд отрицательных качеств. Это выбросы CO2 при его сжигании и истощение плодородных почв.

На сегодняшний день перспективными могут быть только два вида энергии. Это прямая солнечная радиация и геотермальная энергия. Они действительно наименее опасны для биосферы Земли.

Основная доля установок по утилизации солнечной радиации основана на солнечных панелях или солнечных тепловых коллекторах для обогрева. Панели в основном создаются из кремния и для их производства необходимо затратить почти столько энергии, сколько они произведут за время эксплуатации. Причем выбросы вредных веществ при производстве больше чем при сжигании нефти. Но сейчас ведутся успешные разработки по преобразованию излучения солнца в другие виды энергии при помощи двигателей Стирлинга и тепловых насосов.

Двигатель Стирлинга
Так в штате Нью-Мексико (США) с участием компании Stirling Energy Systems (SES), был поставлен новый рекорд коэффициента преобразования солнечной лучистой энергии в промышленную электрическую - 31,25%. Предыдущий рекорд, зафиксированный в 1984 году, составлял 29,4%.

Установка представляет собой поворотное вогнутое зеркало из 82 элементов, которое концентрирует солнечные лучи в фокальной плоскости, где располагается нагреватель механического двигателя «внешнего сгорания» системы Стирлинга.

В двигателе Стирлинга в качестве рабочего тела используется водород; сам двигатель опломбирован и не требует непрерывного технического обслуживания. Периодически нагреваясь и охлаждаясь, рабочее тело приводит в движение через кривошипно-шатунный механизм вал двигателя, который, в свою очередь, механически соединен с валом электрогенератора. Коэффициент полезного действия такой системы оказался рекордно высоким.

В настоящее время компания SES готовится коммерциализировать свои разработки. Предполагается, что в Южной Калифорнии будут построены солнечные электростанции на базе двигателей Стирлинга из 70 тыс. модулей рекордной для данного вида электростанций совокупной электрической мощностью 1750 МВт.
Солнечные батареи

Другой альтернативой может быть геотермальная энергия. Подсчитано, что температура ядра Земли достигает около 50000 С. Мощность теплового потока от центра планеты до ее поверхности, приблизительно, в 4 тыс. раз ниже мощности солнечной радиации, поступающей на Землю, но в 20 раз больше мощности электростанций всех стран мира.

геотермальная энергия

Общий тепловой баланс первых 10 км земной коры составляет почти 3х1023 ккал, что в тысячи раз превышает теплотворную способность мировых запасов всех видов топлива. Выполненные расчеты показывают, что в середине Земли содержится теплоты намного больше, чем ее можно было бы добыть, расщепив в ядерных реакторах все земные запасы урана и тория. Если человечество будет использовать одну только геотермальную энергию, пройдет 41 млн. лет, прежде чем температура недр Земли понизится на пол градуса.

Трудности состоят в том как добыть ее эффективно. Кроме того, толщина коры разная по всей планете и действительно эффективные зоны занимают только 10% поверхности планеты. Это зоны, в которых толщина коры небольшая и температура высокая уже на незначительной глубине 3-5 км.

Основная доля затрат при строительстве приходится на бурение. При бурении основной расход идет на буры, которые изнашиваются. Сейчас ведутся разработки термических буров, которые могли бы расплавлять породу. При этом порода бы уплотнялась на стенках колодца. Такие буры уже проходят испытания. Они помогут значительно снизить расходы на бурение и увеличат максимальный предел глубины бурения.

В Соединенных Штатах ведутся разработки термального бура с ядерным реактором на борту. Цель этого бура взять образцы с глубины более 40 км. Но эта технология может быть использована и для более благих целей при утилизации геотермальной энергии.

Суть технологии довольно проста. Необходимо минимум две скважины соединенные между собой на глубине теплонесущего слоя непосредственно или сетью разломов породы. В одну скважину заливается холодная вода, из другой насосом выкачивается уже нагретая. На поверхности производится отбор тепловой энергии, и охлажденная вода заливается обратно в первую скважину.

Сейчас в основном для отбора тепловой энергии используются паровые турбины. Но в перспективе, возможно, будут использованы технологии теплового насоса совместно с пресловутым двигателем Стирлинга.

Эта технология дает возможность использовать подогретую воду. Так как необходимую температуру для работы двигателя Стирлинга будет формировать тепловой насос. Он будет увеличивать ее до 200-300 градусов Цельсия.

Температура воды ниже кипения упрощает процесс бурения и дает возможность уменьшить температурные требования к скважинам.
атмосферный океан


Еще одним перспективным источником энергии является атмосферный океан нашей планеты. Это действительно океан энергии. Человечество использует только мизер при помощи ветроэлектростанций. Но атмосфера имеет огромный потенциал. Тепловая энергия, которая содержится в атмосфере просто колоссальна. Температура 0 градусов Цельсия это 273 градуса по Кельвину. Все 273 градуса описывают потенциальную энергию, запасенную атмосферой. Нужно только построить установку для ее утилизации. Кроме того, Солнце постоянно подогревает атмосферу, делая ее наиболее доступным источником возобновляемой тепловой энергии для человека.

Наша наука еще не нашла возможности эффективно использовать эту энергию так как этот источник энергии является низкопотенциальным. Человечество научилось пока эффективно использовать только тепловую энергии с большей температурой. Скорее всего, это будет установка с использованием все того же двигателя Стирлинга.

Исходя из вышеизложенного, человечеству просто необходимо направить свои изыскания в направлении эффективного использования тепловой энергии. Нет необходимости вкладывать колоссальные средства в водородные концепции или в технологии биотоплива. Самым первым и архиважным направлением должна стать именно грамотная утилизация тепловой энергии. Если человечество научится использовать энергию Солнца это приведет к Золотому энергетическому веку человечества. Хотя в начале и произойдет крах экономики и государственного устройства. Уйдет какое-то время на реорганизацию экономики. Но в конечном итоге пострадают только олигархические структуры, а рядовой обыватель только выиграет.

Противники альтернативной энергетики говорят, что нужно много времени и ресурсов для перехода экономики на возобновляемые источники энергии. Сейчас с этим направлением дела обстоят туго, но стоит только создать действительно окупаемые технологии производства энергии и все изменится.

Человеку свойственно быстро расставаться с менее удобными вещами в пользу более удобных. Вспомните, сколько лет ему понадобилось на то, чтобы сменить виниловые пластинки на компакт-диски. А сколько ушло на то, чтобы опутать мир сетью Интернет? А за какой срок нашу цивилизацию покорили мобильные телефоны? Что бы там ни говорили скептики, но если человечество получит дешевую энергию в достаточных количествах, то переход на нее произойдет не более чем за десятилетие.


Категория: Энергосбережение | Добавил: Vagon (11.02.2011)
Просмотров: 2373 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Книги
Друзья
Лучшие книги по сопромату S.K.O.P. Строительный портал решение задач по сопромату Наша F-1
Статистика
Яндекс цитирования
Большая библиотека теплотехника© 2019Сделать бесплатный сайт с uCoz