32,6% – oleje i produkty naftowe. 30,0% – węgiel. 23,7% – gaz. Dokładnie tak wyglądają trzy najlepsze źródła energii zaopatrujące ludzkość. Statki kosmiczne i „zielona” planeta są wciąż tak daleko, jak „odległa galaktyka”.
Z pewnością istnieje ruch w kierunku alternatywnej energii, ale jest tak powolny, że można spodziewać się przełomu – jeszcze nie. Bądźmy szczerzy: przez następne 50 lat paliwa kopalne będą oświetlać nasze domy.
Rozwój alternatywnej energii postępuje powoli, niczym porządny dżentelmen na nabrzeżu Tamizy. Dziś o nietradycyjnych źródłach energii napisano znacznie więcej, niż zrobiono dla ich rozwoju i wdrażania w życiu codziennym. Ale w tym kierunku są 3 rozpoznane „mastodonty”, które ciągną za sobą resztę rydwanu.
Energia jądrowa nie jest tutaj rozważana, ponieważ kwestia jej progresywności i celowości rozwoju może być dyskutowana przez bardzo długi czas.
Poniżej znajdą się wskaźniki mocy stacji, dlatego do analizy wartości wprowadzimy punkt wyjścia: najpotężniejszą elektrownią na świecie jest elektrownia jądrowa Kashiwazaki-Kariwa (Japonia). Który ma moc 8,2 GW.
Energia powietrza: wiatr w służbie człowieka
Podstawową zasadą energii wiatru jest zamiana energii kinetycznej poruszających się mas powietrza na energię cieplną, mechaniczną lub elektryczną.
Wiatr jest wynikiem różnicy ciśnienia powietrza na powierzchni. Tutaj realizowana jest klasyczna zasada „statków komunikacyjnych”, tylko w skali globalnej. Wyobraź sobie 2 punkty – Moskwa i Petersburg. Jeśli temperatura w Moskwie jest wyższa, powietrze nagrzewa się i unosi, pozostawiając niskie ciśnienie i zmniejszoną ilość powietrza w niższych warstwach. Jednocześnie w Petersburgu panuje wysokie ciśnienie i „od dołu” jest wystarczająco dużo powietrza. Dlatego masy zaczynają płynąć w kierunku Moskwy, bo natura zawsze dąży do równowagi. W ten sposób powstaje przepływ powietrza, który nazywa się wiatrem.
Ten ruch niesie ze sobą ogromną energię, którą inżynierowie starają się uchwycić.
Dziś 3% światowej produkcji energii pochodzi z turbin wiatrowych, a moce produkcyjne rosną. W 2016 roku moc zainstalowana farm wiatrowych przekroczyła moc elektrowni jądrowych. Ale są 2 cechy, które ograniczają rozwój kierunku:
1. Moc zainstalowana to maksymalna moc robocza. A jeśli elektrownie jądrowe prawie cały czas pracują na tym poziomie, to farmy wiatrowe rzadko osiągają takie wskaźniki. Wydajność takich stacji wynosi 30-40%. Wiatr jest niezwykle niestabilny, co ogranicza zastosowanie na skalę przemysłową.
2. Rozmieszczenie farm wiatrowych jest racjonalne w miejscach stałych podmuchów wiatru – w ten sposób można zapewnić maksymalną wydajność instalacji. Lokalizacja generatorów jest znacznie ograniczona.
Energię wiatrową można dziś traktować jedynie jako dodatkowe źródło energii w połączeniu ze stałymi, takimi jak elektrownie jądrowe i stacje wykorzystujące paliwo palne.
Wiatraki po raz pierwszy pojawiły się w Danii – przywieźli je tutaj krzyżowcy. Dziś w tym skandynawskim kraju 42% energii wytwarzane jest przez farmy wiatrowe.
Projekt budowy sztucznej wyspy 100 km od wybrzeży Wielkiej Brytanii prawie dobiegł końca. W Dogger Bank powstanie zupełnie nowy projekt – na 6 km2 zostanie zainstalowanych wiele turbin wiatrowych, które będą przesyłać energię elektryczną na kontynent. Będzie to największa farma wiatrowa na świecie. Dziś jest to Gansu (Chiny) o mocy 5,16 GW. Jest to kompleks turbin wiatrowych, który z roku na rok rośnie. Planowany wskaźnik to 20 GW.
I trochę o kosztach.
Średnie wskaźniki kosztów dla wytworzonej 1 kWh energii to:
─ węgiel 9-30 centów;
─ wiatr 2,5-5 centów.
Jeżeli możliwe jest rozwiązanie problemu uzależnienia od energetyki wiatrowej i tym samym zwiększenie efektywności farm wiatrowych, to mają one ogromny potencjał.
Energia słoneczna: silnik natury – silnik ludzkości
Zasada produkcji opiera się na zbieraniu i rozprowadzaniu ciepła z promieni słonecznych.
Obecnie udział elektrowni słonecznych (SPP) w światowej produkcji energii wynosi 0,79%.
Ta energia kojarzy się przede wszystkim z energią alternatywną – fantastyczne pola pokryte dużymi płytami z fotokomórkami rysują się tuż przed oczami. W praktyce opłacalność tego kierunku jest dość niska. Wśród problemów można wyróżnić naruszenie reżimu temperaturowego nad elektrownią słoneczną, w której podgrzewane są masy powietrza.
W ponad 80 krajach istnieją programy rozwoju energii słonecznej. Ale w większości przypadków mówimy o pomocniczym źródle energii, ponieważ poziom produkcji jest niski.
Ważne jest, aby prawidłowo umieścić moc, dla której sporządzane są szczegółowe mapy promieniowania słonecznego.
Kolektor słoneczny służy zarówno do podgrzewania wody do ogrzewania, jak i do wytwarzania energii elektrycznej. Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają energię poprzez „wybijanie” fotonów pod wpływem światła słonecznego.
Liderem pod względem produkcji energii w elektrowniach słonecznych są Chiny, a pod względem produkcji per capita – Niemcy.
Największa elektrownia słoneczna znajduje się na farmie słonecznej Topaz, która znajduje się w Kalifornii. Moc 1,1 GW.
Trwają prace nad umieszczeniem kolektorów na orbicie i gromadzeniem energii słonecznej bez utraty jej w atmosferze, ale ten kierunek wciąż napotyka zbyt wiele przeszkód technicznych.
Energia wodna: przy użyciu największego silnika na świecie
Hydroenergia jest liderem wśród alternatywnych źródeł energii. 20% światowej produkcji energii pochodzi z elektrowni wodnych. A wśród źródeł odnawialnych 88%.
Na pewnym odcinku rzeki budowana jest potężna zapora, która całkowicie blokuje kanał. Powyżej rzeki powstaje zbiornik, a różnica wysokości po bokach zapory może sięgać setek metrów. Woda szybko przepływa przez tamę w miejscach, w których zainstalowane są turbiny. Tak więc energia poruszającej się wody obraca generatory i prowadzi do wytwarzania energii. Wszystko jest proste.
Z minusów: duży obszar jest zalany, zaburzone jest życie biologiczne w rzece.
Największą elektrownią wodną jest Sanxia („Trzy Przełomy”) w Chinach. Ma moc 22 GW, będąc największym zakładem na świecie.
Elektrownie wodne są powszechne na całym świecie, aw Brazylii dostarczają 80% energii. Ten kierunek jest najbardziej obiecujący w energetyce alternatywnej i stale się rozwija.
Małe rzeki nie są w stanie wytwarzać dużej mocy, dlatego elektrownie wodne na nich są projektowane z myślą o lokalnych potrzebach.
Wykorzystanie wody jako źródła energii jest realizowane w kilku głównych koncepcjach:
1. Wykorzystanie pływów. Technologia jest pod wieloma względami podobna do klasycznej elektrowni wodnej, z tą różnicą, że tama nie blokuje kanału, ale ujście zatoki. Woda morska podlega dobowym wahaniom pod wpływem przyciągania księżyca, co prowadzi do cyrkulacji wody przez turbiny tamy. Technologia ta została wdrożona tylko w kilku krajach.
2. Wykorzystanie energii fal. Ciągłe wahania wody na otwartym morzu mogą być również źródłem energii. To nie tylko przechodzenie fal przez zainstalowane statycznie turbiny, ale także wykorzystanie „pływaków”: na powierzchni morza umieszcza się łańcuch specjalnych pływaków, wewnątrz których znajdują się małe turbiny. Fale wirują generatory i wytwarzana jest pewna ilość energii.
Ogólnie rzecz biorąc, dziś energia alternatywna nie jest w stanie stać się globalnym źródłem energii. Ale całkiem możliwe jest zapewnienie większości obiektów autonomicznej energii. W zależności od cech terytorium zawsze możesz wybrać najlepszą opcję.
Aby uzyskać globalną niezależność energetyczną, potrzebne będzie coś zasadniczo nowego, na przykład „teoria eteru” słynnego Serba.
Bez demagogii dziwne jest, że w 2000 roku ludzkość wytwarza energię niewiele bardziej progresywnie niż lokomotywa, którą sfotografowali bracia Lumiere. Dziś kwestia surowców energetycznych zaszła daleko w sferę polityki i finansów, która determinuje strukturę produkcji energii elektrycznej. Jeśli olej zapala lampy, to ktoś tego potrzebuje…