Бестопливная энергетика – современное состояние и перспективы развития
Бестопливные энергетические технологии направлены на выработку электричества без использования горючего. Суть бестопливной энергетики заключается в использовании таких природных источников, как солнце, тепло слоев земли, потоки ветра и воды.
Геотермальное отопление
Эксплуатация тепла земли в качестве источника энергетики является современным направлением, но перспективы данного способа наблюдаются и на ранней стадии развития технологии. Установка специализированного технического оборудования позволяет получать энергию в любых объемах и без применения топлива.
Земля не замерзает полностью даже при экстремальных морозах. Температура нижних слоев очень редко опускается ниже +5 градусов. Такая природная особенность предоставляет возможность накапливать энергию, извлекать ее и применять для обогрева теплоносителя. Для того, чтобы использовать альтернативное бестопливное отопление зданий необходимо решить ряд проблем, включая следующие:
- Для получения тепла необходимо накапливать энергию и передавать ее в специальный резервуар
- Чтобы нагреть теплоноситель антифриз с высокой температурой должен направлять тепловую энергию жидкости, циркулирующую в отопительной системе
- Остывающий антифриз требуется отводить к теплообменнику для согрева
Для решения обозначенных вопросов был создан геотермальный насос, позволяющий использовать тепло земли с целью выработки энергии. При эксплуатации данной установки удается извлекать количество тепла, необходимого для снабжения электричеством практически любых зданий.
Использование солнечной энергии
Приоритетным возобновляемым источником в области бестопливной энергетики является солнце. Благодаря термоядерной реакции солнечное излучение может использоваться в качестве постоянного источника энергии. Для использования солнечной энергии необходимо:
- Найти оптимальный способ уловить наибольший поток излучения
- Сохранить и направить тепло и электричество без крупных потерь
Ресурсы солнечной энергии практически безграничны. Согласно расчетам исследователей, количество данного вида энергии, достигающее поверхности планеты в течение одной минуты, превышает объемы всех остальных источников в течение года. При использовании энергии солнца возможно экономить более 75% традиционного топлива ежегодно. Основными преимуществами использования солнечной энергии являются экологичность и неисчерпаемость ресурса. Солнечные батареи не имеют движущихся частей и способны работать несколько десятков лет без замены комплектующих элементов.
В то же время, эксплуатация солнечной энергии имеет несколько недостатков. В частности, к ним относятся:
- Естественные колебания солнечной активности, т.е. изменение продолжительности светового дн на протяжении года
- Для размещения солнечных батарей требуются большие по масштабу площади, что в конечном счете может привести к деградации земель и сменой микроклимата в районе размещения установки
Выработка энергии из ветра
Еще одним направлением бестопливной энергетики является использование энергии ветра. Данный источник энергии не менее выгодный, чем солнце и также является неисчерпаемым. Ветряные установки представляют собой единственный экономически целесообразный выход для удаленной местности, которая недостаточно обеспечивается электроэнергией.
Ветер имеет кинетическую энергию, способную превращаться в механическую за счет действия ветряной установки. После этого электрогенератор трансформирует вырабатываемую в электричество.
Есть несколько особенностей установки ветряных станций. К примеру, их эксплуатации в непосредственной близости к городам может снизить вентиляцию смога, который происходит за счет ветра. По этой причине размещать ветроустановки возле мегаполисов нежелательно. Кроме того, обильное количество функционирующих ветряных станций может оказать незначительное влияние на климатическую обстановку, а именно сделать его более континентальным и изменить влажность воздуха.
Мощность ветряных потоков во много раз сильнее, чем приземных. Одной из ключевых перспектив совершенствования ветроэнергетики можно считать более эффективное использование высотных потоков. В дальнейшем будущем это будет возможно сделать даже без ущерба для крупных городов. В любом случае, преимущества эксплуатации ветра для выработки энергии существенно превосходят отрицательные моменты.
Развитие бестопливной энергетики
На сегодняшний день имеется несколько десятков различных разработок в области бестопливной энергетики. Значительную часть при этом составляют разработки для гидроэнергетики. Малые ГЭС, использующие потоки воды в качестве энергетического источника, быстро возводятся и используют большой диапазон глубин рек. Кроме того, такие установки удобные в использовании и незначительным условием их функционирования является скорость течения воды не менее одного метра в секунду.
Существуют разработки малых ГЭС и в стоячих водах или искусственно созданном потоке. Такие установки могут монтироваться даже на высотных сооружениях либо в подвалах. В дальнейшем будущем планируется возведение домов с индивидуальными бестопливными станциями, которые смогут обеспечивать отопление без газа и электричества.
Сейчас многие высотные здания оснащаются солнечными батареями и ветровыми установками, однако при этом зачастую нарушаются архитектурные замыслы. В данном случае оптимальным решением являются комбинированные системы энергообеспечения с малыми размерами солнечных батарей и ветроустановок.
Таким образом, бестопливная энергетика находится на этапе динамичного развития. Специалисты постоянно разрабатывают новое оборудование и усовершенствуют имеющееся с целью более рационального использования природных источников для отопления.
