Растущая потребность в энергоресурсах (с неуклонно возрастающей их себестоимостью) – с одной стороны – и экологические последствия их использования – с другой – вызывают самое серьезное беспокойство мировой общественности. Это, естественно, активизирует поиск путей выхода из этой ситуации с целью избежать надвигающегося кризиса, грозящего не только замедлением прогресса, но и усилением конфликтов всякого уровня, а, самое главное, глобальной экологической катастрофой.
Однако в поисках решения этой проблемы, как правило, руководствуемся опять же сегодняшними экономическими, политическими, а то и просто своими меркантильными интересами: так, например, наращивая объемы добычи и переработки природных (ископаемых) ресурсов на топливо, мы заботимся, конечно же, о нынешних выгодах, закрывая глаза на потенциально тяжкие последствия безответственного опустошения недр и отравления окружающей среды для своих же потомков.
Кому еще не понятна связь между участившимися и всё ужесточающимися природными бедствиями и «парниковым эффектом», постоянно усиливаемым техногенным воздействием на атмосферу? Как видим, «авось» не срабатывает.
Неизвестно, когда такой катастрофический сценарий достигнет «точки невозврата», но ясно одно: необходимо принимать самые срочные меры по резкому сокращению сжигания ископаемого топлива. Что бы там не говорили «мудрые аналитики» насчет естественной повторяемости изменений климата, логика происходящих явлений предельно проста: если природа (за миллиарды лет!) создала нормальную для всех существующих форм жизни атмосферу путем изъятия из нее с перемещением в недра Земли почти всего углерода, то в результате творимого человечеством ускоренного обратного процесса деградация атмосферы со всеми вытекающими и мало предсказуемыми последствиями неизбежна!
А наращивание мощности атомной энергетики? Это ведь не только опасное для биосферы ее тепловое загрязнение, но и вполне реальная радиоактивная «бомба замедленного действия» с непредсказуемой зоной поражения. И какая разница: будь то эксплуатационная авария или так же не предсказуемые последствия захоронения отработавших АЭС и ядерных топливных материалов.
Бесперспективны также потуги перевода в горючее различных сельхозпродуктов, если даже не учитывать «аморальность» такого занятия перед сотнями миллионов голодающих на планете, да и перед самой землей-кормилицей и ее тружениками.
Выход, несомненно, только в самом широком освоении природных возобновляемых – экологически чистых – энергоресурсов!
Конечно, нетрадиционная энергетика уже и в наше время осваивается повсеместно: современная гидро- ветро- и гелиоэнергетика всерьёз заявила о себе. Однако до настоящего времени темпы прироста этой составляющей даже в энергобалансах ведущих стран были явно не достаточны.
В чем же трудности масштабного использования возобновляемых энергоресурсов? Они, как видится, в несовершенстве нынешних преобразователей. Ведь практически все освоенные ныне, например, преобразователи природной тепловой энергии в механическую (при всей их сложности) по своей эффективности мало отличаются от допотопных паровозов и потому не конкурентоспособны. То же можно сказать и об относительно мощных солнечных электроустановках.
Анализ технико-экономических показателей реализованных проектов позволяет сделать вывод: для альтернативных энергоресурсов нам необходимы альтернативные способы их использования, требующие новых технических и технологических решений.
При этом главными критериями в оценке перспективности новых энергопреобразователей должны быть их безопасность, надежность, малые затраты при их высокой эффективности, возможность заводского комплексного изготовления при минимальных расходах на строительно-монтажные работы.
Вот об этом и поговорим, обратившись к некоторым разработкам последних лет. А начнем с ветроустановок. Ныне практически все они, за исключением традиционных мельниц и других немногочисленных агрегатов, преобразуют энергию ветра в электрическую энергию. И тут возникают серьезные проблемы, связанные с непостоянством ветрового напора, а, следовательно, и параметров получаемой электрической энергии. Наиболее простое решение – связать электрический генератор с внешней сетью. Но при этом остается не достижимой оптимизация работы ветроустановки: при повышенном напоре ветра генератор не способен к многократной перегрузке, а при спаде ветра он переходит в режим двигателя либо должен отключаться от сети.
Но представим себе: сколько электроэнергии используется в нагревательных целях! Так, например, только на сушку 1 куб.м древесины уходят сотни кВт•ч (см. пат. RU 2338136, 2008г). Почему бы не использовать ветроустановки с непосредственным преобразованием энергии ветра в тепло, когда нет необходимости предъявлять к тепловому потоку столь строгие требования, как к параметрам электрического тока. Тепло легко аккумулировать, К тому же отпадает потребность в дорогостоящих электрогенераторах, устройствах стабилизации и электронагревателях.
При этом важно понять, что решение энергетических проблем возможно не только на базе крупных генерирующих установок, когда их связь с потребителями энергии требует строительства и обслуживания дорогостоящих передающих и распределительных систем. В наших территориальных условиях часто выгоднее иметь рассредоточенную систему малых энергоустановок, оснащенных резервом в виде несложных аккумулирующих устройств и привязанных к конкретным объектам, таким, как индивидуальное жилье, мелкие сельскохозяйственные производства или отдаленные оздоровительные учреждения.
В этой связи рассмотрим ветротепловую установку (патент RU 2253041 F 03 D 9/00 от 27.05.2005). Ее назначение – теплоснабжение усадебных домов, миниферм, дачных и садовых помещений и других малых объектов. Установка отвечает всем важнейшим требованиям: безопасна при всякой погоде и на всей прилегающей территории (т.е. не имеет «опасной зоны»), способна работать надежно в широком диапазоне ветровых нагрузок, имеет оптимальную динамику работы за счет строгой согласованности силовых характеристик ветроколеса и теплогенератора, защиту от запредельных режимов, а также вполне приемлемые капитальные затраты, сопоставимые со стоимостью системы отопления подобных объектов с подключением к газовой трубе. Эксплуатационные же расходы мизерны: энергоресурсы бесплатны!
В проектах теплоснабжения от такой установки целесообразно предусмотреть грунтовый тепло-аккумулятор, совмещенный с приусадебной теплицей, который не только устранит перебои в обогреве жилья, но и позволит в любой сезон выращивать даже самые теплолюбивые культуры. К такой системе теплоснабжения можно подключить также термоэлектрические преобразователи, бойлеры, сушилки и др.
Регионов с подходящими ветровыми условиями очень много, и широкое освоение подобных систем энергоснабжения не только снизит нагрузку на государственный энергобаланс, но и позволит решить важные инфраструктурные проблемы при освоении и заселении новых территорий.
Теперь о солнечной энергии. Примеров ее успешного применения великое множество. Однако и здесь свои проблемы: кпд мощных гелиоэлектрических преобразователей (при их дороговизне!) пока еще низок, в тепловых же установках повышение кпд даже до 75% связано с большим усложнением и удорожанием их конструкции, слабо используется рассеянное и отраженное излучение, практически отсутствуют установки с непосредственным (т.е. без паросиловых агрегатов) преобразованием солнечной энергии в механическую работу для использования, например, в качестве привода пока еще наиболее эффективных машинных электрогенераторов.
Многие из этих проблем могут быть решены с использованием нового коллектора-приемника оптического излучения с зеркальным абсорбером и особыми свойствами прозрачного ограждения (патент RU 2269726 F 24 J 2/06, 2/22 от 10.02.2006). Реальный кпд такого коллектора может превысить 90%, позволив применять его не только в солнечных энергоустановках, но и в экономически обоснованных системах передачи тепловой энергии оптическим путем.
Разработаны и весьма перспективные приводы с прямым преобразованием солнечного тепла. Эти приводы по принципу действия очень просты и универсальны по виду источника тепловой энергии: будь то термальные воды, тепло морских акваторий, теплоаккумуляторов, теплосодержащие выбросы в окружающую среду и т. д. Каскадные схемы работы таких установок позволят поднять их кпд до вполне приемлемого уровня.
Особый интерес представляют другие широко распространенные и мощные ресурсы: энергия морских волн, еще не освоенных горных рек и др. И тут имеем очень большой резерв, разумеется, при использовании опять же новых технических решений, например, реализованных в разработанной волновой электростанции (патент RU 2313690 F 03 В 13/20 от 27.12.2007). К тому же, подобные установки, оснащенные – при необходимости – системой гашения избыточной энергии опасных волн (патент RU 2365780 F 03 В 13/20 от 27.08.2009) надежно защитят берега морей от волновой эрозии, сохранив при этом естественные условия для экосистем прибрежной зоны.
Сложнейшей проблемой является топливообеспечение транспорта. Тем более, что для производства всех видов жидкого топлива используются колоссальные перерабатывающие мощности с опять же огромными затратами сырьевых ресурсов и своим «букетом» опасных выбросов в природную среду. А довершают картину ядовитые транспортные выхлопы. Вот какая действительная «цена» перевозок!
Однако в разрешении и этой проблемы уже имеется успешный масштабный опыт перевода двигателей на экологически чистое водородное топливо (примером может служить Исландия, где для производства такого топлива используется геотермальная энергия). Кстати, для этих и других, «не прихотливых» к качеству электроэнергии, целей разработан упрощенный вариант волновой ЭС (патент на импульсный преобразователь волновой энергии RU 2374485 F 03 В 13/16 от 27.11.2009).
При практически не ограниченных на нашей планете ресурсах возобновляемой энергии можно произвести достаточный запас водорода. Конечно же, электролизом воды. А излишний кислород разумно даже возвращать в атмосферу, восполняя (хотя бы частично) экологическую функцию истребляемых лесов!
Переход на альтернативную энергетику необходим и в социальном плане: труд сотен миллионов людей в мире связан с добычей и переработкой ископаемого топлива с не малым риском для здоровья и самой жизни. И только с этим переходом экономика многих государств сможет безболезненно – «без ломки» – слезть с «нефтяной иглы», своевременно освоив производство (и экспорт!) экологически чистых дешевых топливных продуктов и энергоустановок (спрос на них сегодня трудно переоценить), что, к тому же, позволит занять свое население, в т.ч.и безработное, куда более интересным, достойным и безопасным трудом, связанным с широким освоением возобновляемых энергоресурсов. Только не опоздать бы!
Бесспорно, разумная энергетическая политика неразрывно связана с энерго – и – в целом – ресурсосберегающими технологиями. Но об этом – другой разговор.
Ясаков Николай Васильевич, Новороссийск, yasak71 @ mail.ru
