Плавучие солнечные и надводные ветряные электростанции как перспективные направления реализации технологий альтернативной энергетики

нарушение 2-го начала термодинамики, так как нет градиентов температур (нагреватель/холодильник) в системе преобразователя. Это можно объяснить тем, что в нашей системе роль образования этого градиента температуры выполняет магнитное поле, которое заменяет тепловые потоки на электронные.

Следует, однако, отметить, что при выведении расчетов напряжения, тока и мощности преобразователя мы не учитывали собственную электропроводность эмиттера. Она принималась близкой нулю, так как они изготовлены практически из диэлектриков. Но при электронной эмиссии у поверхности эмиттера образуется пространственный токопроводящий слой, как электронное облако из тех же эмитированных электронов. Это в значительной степени снижает эффективность преобразования энергии. Эту проблему частично можно решить, изменив форму устройства из плоско-прямоугольной, как на рис.1, на, например, плоско-кольцевую, предельно сблизив контактные электроды между собой. Возможны и иные технические решения.

Список литературы

1. Тауц Я. «Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках». //М.: издательство иностранная литература. 1962 г.

2. Сальников А.В. «Внешний магнитоэлектрический эффект при термо- и фотоэлектронной эмиссии».// ISSN 0013-5860 Электротехника. 1993. № 3. С. 59-60.

ПЛАВУЧИЕ СОЛНЕЧНЫЕ И НАДВОДНЫЕ ВЕТРЯНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Дубовец Д.П.

Дубовец Денис Леонидович - инженер по охране окружающей среды, ОАО «УКХ«Минский моторный завод», г. Минск, Республика Беларусь

Аннотация: представленная работа основана на анализе имеющихся научных знаний и технологий развитых стран мира в области альтернативной энергетики и направлена на изучение современного состояния и развития мировой энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии. В представленной статье кратко изложена история развития мировой энергетики, представлены основные направления воздействия на окружающую среду при использовании топливно-энергетических ресурсов, проведен анализ и сделан вывод по развитию технологий альтернативной энергетики, основанной на принципе плавучих солнечных и надводных ветряных электростанций.

Ключевые слова: энергия, топливо. технологии, окружающая среда, возобновляемые источники, альтернативная энергетика, неисчерпаемые ресурсы.

Актуальность

Актуальность данной темы основана на необходимости снижения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, оказываемого мировой энергетикой при сжигании углеводородного топлива, а вследствие этого необходимости ускоренного перехода человеческого общества от интенсивного техногенного воздействия к новой парадигме устойчивого и рационального природопользования, при которой будет возможно удовлетворение потребностей в природных ресурсах не только настоящего и будущих поколений людей, но и обеспечено высокое качество окружающей среды.

Цели, задачи научная новизна

Целью представленной статьи, является анализ развития мировой энергетики, тенденции ее перехода к альтернативной энергетики с использованием плавучих солнечных и надводных ветряных электростанций.

Задачей представленной работы является систематизация полученных при изучении научной литературы патентов, полезных моделей знаний по развитию технологий, основанных на использовании возобновляемых и неисчерпаемых источниках энергии и перспективе внедрения плавучих солнечных и надводных ветряных электростанций.

Научная новизна данной статьи заключена в том, что благодаря рассмотрению технических достижений развитых стран мира в области альтернативной энергетики, полученная информация может послужить источником развития энергетической отрасли других стран.

Результаты исследований

Энергия всегда играла и будет продолжать играть важную роль в жизнедеятельности человеческого общества. Переход человечества к освоению новых видов топлива и получению необходимой для промышленного производства энергии, связан научно-техническими достижениями и следующими за ними промышленными революциями, которые не смогли бы произойти без внушительных запасов материальных и топливно-энергических ресурсов.

Первая такая промышленная революция, полностью преобразовавшая аграрные страны Европы и Америки, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому -углю. С развитием технологий и техники уголь постепенно заменили нефть и природный газ. В 19 веке, благодаря работе ученых разных стран, были открыты явления электромагнитной индукции и электромагнетизма, создан первый гальванический элемент и электродвигатель -пришла эра электричества. Открытие электричества и оказало огромное влияние на жизнь человечества и содействовало зарождению и росту крупнейших городов мира [1].

Бесконечное стремление человеческой цивилизации к научному развитию приводит к неуклонному и стремительному росту потребления топливно-энергетических ресурсов. По прогнозам Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2030 г. составит 18,0 млрд т нефтяного эквивалента. При этом, главным источником энергии по-прежнему останется ископаемое топливо (черный и бурый уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы) [2].

Как и любая другая деятельность человека, производство, распределение и потребление энергии приводит к негативному воздействию на окружающую природную среду. Данное воздействие имеет физический и химический характер и проявляется в виде шума, вибрации, газо-воздушных выбросах, образовании отходов и сточных вод, деградации земель. При этом, антропогенное воздействие не может обойти его создателя - человека. Образующиеся при осуществлении хозяйственной деятельности загрязнители вместе с воздухом, водой и продуктами питания попадают в организм человека, приводя к развитию сердечно-сосудистых, онкологических и др. заболеваний, оказывает мутагенное и тератогенное воздействие.

В 21 веке, в надежде на спасение человеческой цивилизации и сохранение жизни на Земле, все больше стран начинают отказываться от использования углеводородного топлива и переходят на возобновляемые источники энергии (гидро- и геотермальная, солнечная и геофизическая энергии).

Энергетика, построенная на возобновляемых источниках, имеет ряд важных преимуществ перед углеводородным топливом. Главное преимущество заключается в низком уровне вредного воздействия на окружающую среду при получении полезной энергии, в то время как производство электрической энергии на ТЭС при сжигании угля, начинается на стадии его добычи. Кроме того, образование нефти, природного газа, угля и торфа связано с жизнедеятельностью живых организмов и происходит в течение сотен и тысяч лет, в то время как возобновляемые источники - неисчерпаемы и связаны с процессами, протекающими в космическом пространстве (солнечная энергия), атмосфере (движение воздушных масс) и недрах (увеличение температуры с глубиной) и поверхности (движение рек) Земли.

Имея ряд важных преимуществ, следует отметить высокую стоимость электростанций работающих на возобновляемых источниках энергии. Так, например, на строительство солнечной электростанции ''Mount Signal'', расположенной в Калифорнии и вырабатывающей 265,7 МВт электроэнергии в год, было затрачено 365 млн долларов США, в то время как строительство аналогичной по мощности ТЭС работающей на природном газе составит порядка 120 млн долларов США, а ежегодные эксплуатационные расходы - менее 2 млн долларов США.

Вторым недостатком является то, что в условиях ограниченности земной поверхности (29,1% - суша; 70,9% - поверхность мирового океана) станции, работающие на неисчерпаемых источниках энергии, занимают обширные пространства. К сравнению, электростанция ''Mount Signal'' занимает территорию площадью 325 гектар, что больше площади Монако с населением 32 тыс. человек. Электростанция "lvanpah" имеет площадь 795 га, что больше, чем Гибралтар с населением 30 тыс. человек.

Несмотря на высокую начальную стоимость электростанции, построенная «ферма» позволяет полностью покрыть затраты в течение 5-10 лет ее эксплуатации и перейти на получение чистой прибыли, что в свою очередь будет весомым аргументом в рассмотрении вопроса по снижению стоимости электроэнергии для потребителей.

24

Для решения второго недостатка, научным сообществом разрабатывается вопрос о возможности строительства ветряных и солнечных электростанций на поверхности морей и океанов.

Результатом успешной работы специалистов в области альтернативной энергетики является спуск в 2017г. на воду плавучей солнечной электростанции мощностью 40 МВт, расположенной близ города Хуайнань (КНР). Специалистами компании "Sungrow Power Supply Co'', разработан новый проект по увеличению мощности действующего объекта до 250 МВт, что позволит обеспечить электроэнергией провинцию Аньхой.

Одними из первых исследований в области надводного строительства ветряных электростанций, явились работы ученых из института Карнеги (Вашингтон, США). В ходе проводимых исследований было выявлено, что ветряные турбины, построенные в океане способны производить как минимум в три раза больше электроэнергии, чем подобные наземные станции. Так происходит потому, что ветер над морем не тормозится деревьями и приземным рельефом, поэтому он там не только сильнее, но и более постоянный.

Работа ученых не осталась незамеченной, агентство США в области энергетики провело финансирование проекта по строительству в северной части Атлантического океана новой электростанции. Ветряная ферма под названием ''Block Island Wind Farm'' имеет проектную мощность 130 МВт и достаточная для подпитки ряда малых и крупных городов США.

Аналогично последнему, в конце 2017 года на восточном побережье Шотландии была запущена первая надводная ветряная электростанция ''Hywind Scotland''. Работающая станция состоит из шести ветряков, мощностью в шесть мегаватт каждый. Один подобный ветряк имеет диаметр лопастей 154 метра. Надводная высота установки - 176 метров, стеклопластиковые лопасти начинаются в 22 метрах над водой (чтобы не задевали волны). Подводная часть турбины, обеспечивающая ей плавучесть, заглублена в воду на 78 метров, диаметр штатива превышает 14 метров. Вес каждой турбины — 12 000 тонн. Ориентировочная выработка электроэнергии в год составит 100 МВт [3]. Заключение, выводы

Подводя итог проведенным исследованиям можно сделать вывод, что для снижения негативного воздействия на окружающую среду и здоровья человека необходимо отказываться от использования углеводородного сырья и начать переход к ''чистым'' источникам энергии, к которым на данном этапе развития технологий можно отнести энергию солнца, ветра, гелио- и гидроэнергетики.

Расположенные над поверхностью морей и океанов солнечные и ветряные электростанции будут иметь ряд важных преимуществ в решении вопроса по обеспечению в электроэнергии постоянно растущей человеческой цивилизации. В первую очередь, эксплуатация таких установок не приведет к значительному воздействию на окружающую среду, а также отпадет необходимость в изъятии земель.

Список литературы

1. Виноградов Л.В. Энергетика завтрашнего дня / Л.В. Виноградов. М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1986. 442 c.

2. Европейский энергетический союз. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.alleuropalux.org/ (дата обращения: 08.02.2018).

3. Ежедневный интернет-журнал о передовых научно-технических достижениях. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.infuture.ru/ (дата обращения: 09.05.2018).