Тематичні розділи:

Альтернативна енергетика

інноваційні енергосистеми

Інноваційна екологія

нові екологічні технології

екологія довкілля

Інновації та інвестиції

в промисловості

підприємства Полтавщини

інновації та інвестиції в дії

видобувна та переробна галузь

виставкова діяльність

Агропромисловий

комплекс

інновації в сільському господарстві

Неймовірні відкриття

важливі винаходи

технології майбутнього

Інноваційна діяльність

в науці та освіті

події в науці

освітянське життя

конференції, семінари

Інтелектуальна власність

 законодавчі зміни

аналітичний підсумок 2006 року

Сонячна енергетика — як альтернатива колективному самознищенню

Сьогодні всі ми з печального емпіричного досвіду зрозуміли: звичний клімат змінився безповоротно. Стали системою небувалої сили смерчі далеко поза зоною тропіків, незвичайної сили повені, небувалі засухи та пожежі, які нищать цілі регіони (згадаймо бодай цьогорічну долю півострова Пелопонес). Ці явища  вочевидь виходять за межі середньостатистичних природних коливань. Уже і ЮНЕСКО, і ООН вустами своїх чільників визнали: відбулося незворотне порушення екологічної рівноваги, спричинене безвідповідальною діяльністю людини, яка далі нарощує обсяги виробництва й споживання, не дбаючи про наслідки.

Зачепили ці зміни й Україну, - уже призвівши до необхідності перегляду десятиліттями усталених сільськогосподарських циклів. Адже за умов посухи чималі території робляться придатними лише для зрошувального землеробства – а ресурси цієї самої води у нас, як відомо, украй обмежені. Не говоримо вже про те, що теплолюбні шкідники й паразити рослин, притаманні раніше тільки для причорноморських степів, сьогодні добре почуваються на київському й чернігівському Поліссі...

Перспективи – ще невтішніші. Експерти одностайні: середня температура й літа і зими далі підвищуватиметься. Адже, попри всі розмови, лишень починаючи з 2000 року обсяг викиду парникових газів в атмосферу збільшився на третину (окрема “подяка” – США й комуністичному Китаєві, які з егоїстичних міркувань зробили все, аби торпедувати Кіотський протокол, що передбачав узгоджені дії світової спільноти задля скорочення викидів). Причому, схоже, вже запущено надзвичайно небезпечний механізм “ланцюгової реакції”: дальше підвищення температури призводить до зменшення розчинності вуглекислого газу у воді океанів (а тут його суттєво більше, ніж в атмосфері) і викидання його надлишку в повітря. А збільшення концентрації СО₂ в атмосфері призводить у свою чергу до підвищення температури і дальшого зменшення його розчинності у воді...

Ця тенденція у негативному варіанті призведе до глобальних змін в усьому світі. Затопленими виявляться цілі країни. Придатні для землеробства зони перетворяться в пустелі й напівпустелі. Клімат зробиться непрогнозованим, а стару затишну Європу періодично спустошуватимуть урагани й смерчі. В розрізі “окремо взятої України” – теж нічого гарного. Підняття рівня Чорного моря затопить значні території навколо лиманів і років через 100 перетворить Крим на вкритий джунглями острів. На півдні ростимуть вологі тропічні ліси, а Правобережжя перетвориться на посушливу савану. З півночі на Україну наступатимуть болота, що вкриють майже всю сьогоднішню Білорусь, а з північного-сходу – безмежні посушливі простори Великої Російської савани...

Вже очевидно: причиною майбутньої катастрофи є енергетичні “перевитрати” людства. В першу чергу негативний вплив має розвиток теплової енергетики - спалювання людством тих запасів органічних речовин, які природа накопичила протягом сотень мільйонів років існування на земній кулі життя.  Невеликою надією, що найкатастрофічніший сценарій не реалізується (а натомість реалізується просто дуже поганий) є хіба те, що розвіданих запасів нафти людству вистачить менш як на 40 років. Щоправда, екологічні наслідки від спалювання більшої кількості вугілля (а його вистачить ще років на 400) можуть виявитися ще гірші...

Але очевидним є й інше – досягнутий рівень виробництва й споживання потребує величезної кількості енергії. Звичайно, енерговитратність одиниці українського ВВП в кілька разів перевищує європейську – і тут у нашої держави є чималі резерви. (Хоч, очевидно, тільки зростання ціни газу до світової і загибель цілих галузей змусить нашу хімію – чи те, що від неї лишиться – до серйозної технологічної модернізації). Але в світовому масштабі енергії потрібно буде дедалі більше (за оцінками, її виробництво й споживання зросте в 2050 році порівняно з 2000 у 5 разів).

За таких умов багато хто говорить про безальтернативність ядерної енергетики – справді відносно екологічно чистої (коли не брати до уваги не лише можливих масштабних катастроф, але й невирішеної в глобальному масштабі проблеми захоронення відпрацьованого ядерного палива). Але оцінка запасів урану з вигідною для видобування концентрацією дає цифру, не набагато більшу від запасів нафти. Отже, в традиційних реакторах весь наявний уран буде спалений за кілька ближчих десятиліть, а реактори на швидких нейтронах (здатні крім енергії виробляти додаткове паливо) несуть низку додаткових проблем і небезпек.

А розвиток української атомної енергетики стримуватиметься, очевидно, не лише національною травмою Чорнобиля, не лише браком палива (сьогодні Україна видобуває трохи більше 500 тон урану на рік, закуповуючи решту потрібних для її енергоблоків 2000 тон у Росії), не лише відсутністю необхідних сховищ відпрацьованого палива (його ми так само надсилаємо в Росію – сплачуючи великі гроші), але й елементарною нестачею водних ресурсів для спорудження великої кількості нових ставів – охолоджувачів... Давно зарегульовані великі й малі річки України й так служать людині на межі своїх можливостей, і добитися від них чогось суттєво більшого ледве чи вдасться (згадаймо бодай епопею навколо Ташлицької ГАЕС, заповнення якої неминуче знищить один з останніх куточків нашої степової природи).

Звичайно, виходом було б використання енергії термоядерного синтезу. Самі термоядерні реакції екологічно чисті, а запасів палива для них вистачить на багато тисячоліть. Проте, швидко створивши водневу бомбу, людство так і не вирішило досі (попри чимало оптимістичних прогнозів) проблему “керованого термояду”...

Звичайно, існують і так звані “відновлювані джерела”. Не створені природою мільйоні років тому в ході еволюції, а даровані нам щороку, щодня,  щохвилини. Скажімо, модне в останні роки біопаливо. Навіть навколо Києва видимо побільшало полів ріпаку. Але експерти з продовольства вже б’ють на сполох: збільшення площ під олійні культури, які можуть бути використані для синтезу дизельного палива, призводить до автоматичного скорочення площ під зернові й овочі, посилюючи продовольчу проблему, особливо в країнах “третього світу”.

Є, нарешті, енергія гідроресурсів, вітру, морських хвиль, припливів і відпливів, геотермальних вод тощо. В ряді місцевостей використання її може виявитися вельми перспективним. Згадаймо бодай маленький затишний Рейк’явік, опалюваний теплом підземних вод, - проте не всім пощастило народитися в Ісландії з її діючими вулканами! А в глобальних масштабах, як показують оцінки, ця енергія, придатна для промислового використання, становить лише порядку відсотка від сьогоднішніх енергетичних потреб планети. 

Отже, лишається тільки одне воістину невичерпне джерело енергії – це пряме теплове й світлове випромінювання сонця. 

Енергія з примхами 

Якщо бути цілком коректними, то енергія нафти чи вугілля, вітру чи гідроресурсів – це так само “запасена” колись енергія Сонця. А наше світило по суті являє собою гігантський термоядерний реактор, завбачливо віднесений за 150 мільйонів кілометрів від Землі. При чому, за оцінками астрофізиків, цей реактор безперебійно працюватиме ще як мінімум багато мільйонів років!

Масштаби цієї енергії корисно уявити, запам’ятавши таку цифру: протягом години її на земну поверхню падає 5×10²⁰ Дж – таку кількість енергії людство виробляє й споживає зараз упродовж року.  Причому на квадратний метр земної поверхні припадає в середньому упродовж року потужність випромінювання у 2300 кВт на екваторі, 1900 кВт на широті Києва й 1400 кВт – на полярному колі. Зрозуміло, що ці цифри різняться через різну висоту Сонця над горизонтом, різну тривалість дня і стан атмосфери. Але для нас важливо інше: на українських широтах ми отримуємо не так уже й мало – 83% від того, що припадає екваторіальним країнам. Проте для промислового використання цю енергію ще треба перетворити на зручний електричний струм!

Звичайно, для цього можна просто сконцентрувати сонячне світло дзеркалами в одній точці, розмістити там паровий котел, а до нього приладнати звичайні турбіни. Ще у 1970-ті почалося будівництво експериментальної станції такого типу в Криму з планованою потужністю 1200 кВт. З використанням більшої кількості дзеркал-геліостатів, та розмістивши парогенератор на висоті 200-300 метрів, можна отримати значно більшу потужність – понад 10 МВт. І все ж з ряду причин технічного й економічного характеру цей тип електростанцій не отримав надто широкого розповсюдження (хоч і відкидати його перспективність було б теж зарано).

Тому найчастіше ідеться про використання квантової природи світла, яка дозволяє працювати напівпровідниковим перетворювачам. Принцип їхньої дії (читачі, не обізнані з основами квантової механіки, можуть наступні речення пропустити, а висновки – взяти на віру) такий: кванти сонячного світла з енергією, більшою від ширини так званої “забороненої зони” напівпровідника, народжують пару носіїв струму: електрон і так звану “дірку” (дуже спрощено - умовне місце, де існує нескомпенсований позитивний заряд). Якщо в напівпровіднику існує внутрішнє електричне поле (наприклад, завдяки наявності p-n-переходу, контакту метал-напівпровідник, чи межі поділу двох напівпровідників), то електрон і дірка зміщуються цим полем у протилежних напрямках. А відтак у зовнішньому колі може виникнути електричний струм.

Саме на основі p-n-переходу в найпоширенішому напівпровіднику – кремнії й було понад півстоліття тому створено перший у світі фотоперетворювач. Пріоритет належить американським ученим та інженерам з “Белл Лабораторіз”. А трохи згодом аналогічні перетворювачі були встановлені на третьому радянському супутникові, запущеному на орбіту 15 травня 1958 року. Відтоді панелі сонячних батарей стали необхідним атрибутом усіх космічних апаратів.

Невдовзі розпочалася переможна хода сонячних фотоперетворювачів і по землі. Нікого сьогодні не дивує побутова електроніка, що “працює” чи підзаряджається від сонця. Ще на початку 1980-х “сонячний автомобіль” перетнув Австралію, а “сонячний літак” перелетів Ла-Манш. Чимало будинків (особливо – заможних садиб, розташованих у віддалених регіонах), виблискують кремнієвими дахами, роблячи їхніх власників автономними від примх і пертурбацій зовнішнього світу.

Проте, попри реальну загрозу загальнопланетної екологічної катастрофи, сонячна енергетика досі лишається “нішевим проектом” для небагатьох. Так, у США сьогодні фотоперетворювачі генерують лишень 0,02% від усієї електроенергії, - решту продукують переважно теплові (на вугіллі та газі) й атомні електростанції.

На те існує низка причин. По-перше, це відносно низька концентрація сонячної енергії. Та й ККД наявних перетворювачів сьогодні не надто високий (максимум 10-25%). Отже, треба, вкривати сонячними елементами достатньо значну поверхню. Причому головною складністю є аж ніяк не площі, потрібні для цього (для задоволення сьогоднішніх енергетичних потреб людства досить було б укрити фотоелементами з ККД 10% лише 0,16% земної поверхні – площа пустелі Сахара значно більша; а енергетичні потреби України з лишком задовольнила б ділянка розміром із Чорнобильську зону).

Головне – те, що поки вартість напівпровідникових перетворювачів ще достатньо велика. З урахуванням реальних значень інсоляції та інших технічних параметрів (“сонячну” електрику треба накопичувати, бо вночі батареї не працюють; перетворювати з низьковольтної на зручну для транспортування високовольтну) вартість кіловат-години електроенергії, виробленої сонячними батареями, складає сьогодні близько 0,42 євро. Для порівняння: вартість цієї ж кіловат-години, виробленої на звичайній тепловій електростанції Європи – 0,04 євро. Приблизно стільки ж (24,36 коп.) звикли платити й ми, українці. І перспектива раптом платити за цей кіловат-годину по 2,60 грн. нам аж ніяк не всміхається... 

Світло в кінці тунелю? 

І водночас людство не має виходу. Щоб уникнути катастрофи, слід переходити саме на сонячну енергію – не як на допоміжну для екзотичних випадків, а як на одне з головних джерел енергопостачання. Але зрозуміло: така трансформація потребуватиме великої політичної волі відповідальних лідерів. Програма дій, яка за цим повинна стояти, достатньо зрозуміла. Це -  фінансування державою промисловості сонячних перетворювачів. Це - дотації на споживання екологічно чистої енергії (що вже є практикою окремих країн Європи, зокрема Німеччини). Нарешті, це масштабне розширення фінансування наукових розробок.

Адже упродовж минулих десятиліть науковці й технологи зробили надзвичайно багато, рухаючись у двох напрямках: підвищення ККД сонячних перетворювачів і їхнього здешевлення.

Річ у тому, що нобелівський лауреат Вільям Шоклі (премія 1956 року за відкриття транзистора, який воістину змінив обличчя світу) разом з Гансом Квейсером іще 1961 року вирахував гранично можливе значення ККД сонячного елементу, виходячи з обмежень, що їх накладає квантова фізика. Адже не всі народжені світлом пари електрон-дірка створюють струм: деякі негайно рекомбінують. Не все кванти світла народжують електрон-діркові пари: енергія частини з них недостатня для цього. Нарешті, електрони й дірки, народжені дуже високоенергетичними квантами, віддають більшу частину своєї енергії коливанням кристалічної гратки, “гріючи” напівпровідник, замість того, щоб створювати корисний струм. З урахуванням усього цього найпростіший перетворювач на кремнієвому p-n-переході не може мати ККД, вищого від 31%. Але, застосовуючи складніші конструкції, комбінації різних напівпровідників, фокусуючи сонячне світло, теоретично можна “обійти” цю межу.

Ще вагоміші напрацювання й досягнення в другому напрямкові. Більшість на ринку поки складають так звані перетворювачі першого покоління. Їх роблять на основі монокристалічного кремнію із середнім ККД у 18% (науковці з Австралії сконструювали дослідні зразки з ККД у майже 25%). Але проблемою залишається висока ціна – до 300-420 євро за квадратний метр поверхні. Адже чистий монокристалічний кремній виготовляти складно й дорого. Натомість перетворювачі другого покоління використовують тонкі напівпровідникові плівки (кремнієві, або зі складних сполук кадмію-ртуті-телуру чи інших) на скляній підкладці. Вони в кілька разів дешевші, але й ККД тут лежить у межах 10%.

У вдосконаленні елементів обох типів значну роль відіграли українські учені. Серед них не можна не згадати покійного професора Віталія Стріху, фундатора відомої наукової школи з фізики контакту метал-напівпровідник, лауреата Державної премії України, засновника й першого президента Академії наук вищої школи. Він ще 1983 року видав піонерську працю “Сонячна енергетика і проблеми її розвитку” (прикметно: українською мовою – в час тотальної русифікації!), де кинув виклик панівному на той час в СРСР курсові на безальтернативність атомної і теплової енергетики.

Вагомі результати отримано в Інституті фізики напівпровідників НАН України, у Київському, Ужгородському, Прикарпатському та Чернівецькому університетах, в інших українських лабораторіях. Унаслідок зусиль науковців (зокрема й наших) вартість сонячних елементів вдалося довести до 0,5 ÷1,1 євро за ват потужності. Отже, за минулі чверть століття вона зменшилася в 20 разів (а порівняно з першими зразками 1950-х – у 1000!). В принципі, вона вже не така далека від характеристик газових і бензинових двигунів:  0,1 ÷0,15  євро за ват.

Нині науковці пропонують низку конструктивних вирішень для підвищення ефективності перетворення сонячної енергії. Серед них: використання рельєфної поверхні батарей, формування батарей з двосторонніми колекторами, використання антивідбиваючих пасивуючих та зміцнюючих покриттів, використання оптичних концентраторів сонячних потоків (лінзи Френеля, фасеточна призмово-поворотна оптика тощо), широке використання каскадних сонячних батарей тощо.

Чимало можуть дати технологічні вдосконалення й нові матеріали, зокрема широке використання тонких плівок кремнію (що дає економію напівпровідникового матеріалу в понад 10 разів) на органічних, металічних, склоподібних підкладках (виробництво таких елементів уже в 2007 році перевищило сумарну потужність у 100 MВт!). Перспективними є багатошарові (виготовлені методом молекулярно-променевої епітаксії) структури напівпровідників зі змінною шириною  забороненої зони.  Нарешті, сонячні елементи з використанням органічних матеріалів уже зараз дають ККД до 7-10%

Проте найважливішою й найцікавішою для дослідників є перспектива масової появи сонячних батарей третього покоління, які використовують принципово нові фізичні принципи роботи. Це - батареї на основі квантових надграток (вони вже зараз успішно використовуються в космосі). Це - використання квантових точок, вбудованих в напівдіелектричні матриці, та застосування багатодолинних напівпровідників для генерації гарячих фотоелектронів (що  дасть можливість далеко перейти межу в 31% ККД).

Ці елементи третього покоління, за оцінками експертів, уже в 30-річній перспективі дозволять одержати батареї з надзвичайно високим ККД (до 80%) і з помірною ціною в 100 євро за кв.м. А це вже дасть змогу отримувати промислову електроенергію за ціною в 0,03 євро за кіловат-годину – меншою, аніж на традиційних теплових чи атомних електростанціях. Звичайно, так станеться, лише коли буде надано масштабну державну підтримку на промислове виробництво та наукові пошуки. Але, усвідомлюючи сьогоднішню ситуацію, Євросоюз уже в цьому році виділяє на ці потреби понад 5 мільярдів євро. І європейці щиро (й небезпідставно вірять): у 2050 році сонячна енергетика покриватиме щонайменше чверть енергетичних потреб людства, а відтак змальована при початку статті апокаліптична перспектива відступить.

Чи станеться так насправді? Хочеться вірити, адже розвиток сонячної енергетики в світі  йде величезними темпами – 40% на рік. Це – чи не найбільші темпи зростання в cфері виробництва. А що ж Україна, яка все ще зберігає високий потенціал у сфері напівпровідникової науки? Поки що ці дослідження (широко підтримувані в часи СРСР) є в нас справою ентузіастів, які зуміли стати партнерами в міжнародних проектах. Проте, виходячи зі значущості проблеми, ми переконані: розвиток сонячної енергетики в Україні має бути підтриманий Національною програмою з фінансовим забезпеченням, співмірним (бодай у відносних величинах!) до тих рівнів, які виділяють європейські країни. І це стане важливішим для нашого майбутнього, аніж пошуки чергових мільярдів на виконання відверто популістських обіцянок, даних під час позачергових виборів.

Володимир Литовченко, президент Українського фізичного товариства, член-кореспондент НАН України

http://www.urpsobor.org.ua

Водяний реактор дістане з піску ядерну нафту

Канадські інженери мають намір використати ядерну енергію, щоб їхня батьківщина могла б позмагатися із Близьким Сходом як великий постачальник нафти. Якщо план буде реалізований, атомна станція видобутку нафти буде побудована до 2016 року.

Навіщо будувати атомну станцію, щоб качати нафту, якщо можна просто робити на ній електроенергію? За відповіддю варто відправитися небагато в минуле. Справа в тому, що в Канаді, у провінції Альберта, уже давно добувають нафту. От тільки район цей не значиться в списку великих гравців на світовому ринку чорного золота, скоріше це видобуток "для себе".

Причина проста — нафта Альберти, у деякому змісті, золота. Вона втримується в так званих нафтових пісках (oilsands або tarsands). Нафтові піски є комбінацією глини, піску, води й "асфальту". Цей асфальт являє собою щось середнє між рідкою нафтою й смолою — напівтверду субстанцію, що неможливо викачувати звичайними методами, оскільки при звичайній температурі вона не тече.

Невелика частина нафтових пісків Канади перебуває майже на самій поверхні. Їх добувають відкритим способом — у кар'єрах, доставляючи самоскидами на очисні й збагачувальні заводи. Більша ж частина — це порівняно глибокі шари, з яких нафту "виганяють" потоками гарячої пари.

Зараз для того, щоб дістати з пісків три барелі цієї нафти, потрібно спалити (для виробництва пари) природний газ у кількості, еквівалентному одному барелю нафти. Не занадто приємна математика. Але, мабуть, ще важливіше, що таке виробництво виявляється екологічно "неправильним". Згорілий метан — це величезна кількість парникових газів, викинутих в атмосферу. Не вважаючи тих, що будуть випущені при використанні добутої нафти як палива.

І все-таки нафта й Канаді, і людству в цілому, буде потрібна ще дуже довго. Як джерело енергії для електростанцій (у вигляді продуктів переробки), як джерело автомобільного палива і як хімічна сировина. І от отут-те в Канади є чудова перспектива.

Справа в тому, що в нафтових пісках усього миру втримується приблизно 66% світових запасів нафти. Тільки третина її захована в традиційних родовищах. При цьому більша частина нафтових пісків планети перебуває всього у двох місцях: у канадської Альберті й у Венесуелі (вони ділять ці запаси приблизно нарівно). Виходить, що в Канаді, у принципі, нафти заховано чи не більше, ніж у всіх країнах Близького Сходу разом узятих, а саме — 1,7 трильйона барелів.

Перетворити цю незручну з погляду добувачів, а також – "зелених", нафта в "зручну" й "правильну" і покликаний фантастичний проект, розроблений у Канаді. Два підприємці з Калгари Уейн Хенусет (Wayne Henuset) і Хенк Свертут (Hank Swartout) створили компанію Energy Alberta для розвитку цього грандіозного плану по видобутку нафти з пісків за допомогою атомної енергії.

За задумом канадців, спеціальна станція, побудована в провінції Альберта, повинна дати притулок двом атомним реакторам Candu-6, виробництва канадської компанії Atomic Energy of Canada. Це реактори з охолодженням важкою водою, у другому контурі яких генерується високотемпературна пара з високим же тиском.

Загальна потужність цих двох атомних казанів складе 1,4 гигаватта. Пару, ними вироблену, можна буде транспортувати по трубах на відстань до 24 кілометрів зі збереженням необхідних для видобутку нафти параметрів.

І хоча тільки ця пара реакторів (не вважаючи іншого устаткування) обійдеться Energy Alberta (вірніше, її інвесторам) в $4 мільярди, в остаточному підсумку, проект може виявитися вигідним як з погляду фінансів, так й, мабуть, з погляду екології. Адже така станція зможе заощаджувати до 7,4 мільйони кубометрів газу в день, забезпечуючи видобуток щодня до 150 тисяч барелів "піскової нафти", з нульовими викидами парникових газів і шкідливих речовин в атмосферу.

Правда, ці обсяги будуть лише невеликою часткою від темпів видобутку нафти в Альберті, що промисловці мають намір досягти в першій чверті століття. Та й залишається проблема використаної в цьому процесі води, яку потрібно буде скидати в спеціальні водойми. Притім, що запаси ґрунтових вод провінції - тануть.

І все-таки, план виглядає дуже звабливим. Тому 6 компаній, зайнятих видобутком нафти в Канаді, уже заявили про серйозний розгляд "атомної пари" як потенційна альтернатива звичайному методу видобутку. А виходить, "атомна нафта" може стати реальністю.

http://membrana.ru

Холодні труби качають енергію даровим надзвуком

0,03-1 цент за кіловат-годину — як вам це сподобається? Саме така мета розроблювачів нового типу електростанції, що могла б виробляти енергію в рази й навіть десятку разів дешевше, ніж усе раніше відомі типи традиційних й альтернативних систем.

Згадаєте, як нерідко під час прогнозу погоди на екрані з'являється карта, покреслена лініями ізобар і величезних букв "Н" й "В", що означають зони низького й високого тиску. Райони ці займають більші простори, розділені сотнями кілометрів, вони непостійні й все-таки... Як виявилося, "буковки" на карті погоди можуть служити відмінним джерелом енергії. У всякому разі, протягом останніх років американські інженери працюють над тим, щоб осідлати це дивне джерело.

Технологію за назвою "Атмосферні холодні мегавати" (Atmospheric Cold Megawatts — ACM) розвиває молода американська компанія Cold Energy, створена в 2004 році.

Засновано цю систему на винаході нині покійного інженера Энтоні Мамо (Anthony C. Mamo), одного із засновників Cold Energy, на яке він одержав патент. Компанія пише, що в Энтоні не було ніяких попередників, вірніше — ніяких відомих патентному відомству робіт, що пропонували щось подібне.

Автори проекту звернули увагу на те, що величезні зони підвищеного й зниженого тиску "історично" тяжіють до певних географічних крапок. У всякому разі, якщо розглядати їхнє розташування протягом, скажемо, року.

Тобто, існує типовий розподіл атмосферного тиску, що зберігається досить довго. І от яка думка прийшла до Мамо: якщо з'єднати такі сусідні райони відкритим із двох кінців трубопроводом, довжиною, скажемо, кілометрів в 300, то в ньому встановиться постійний потік повітря. Далі потрібно лише поставити в трубі вітряну турбіну й знімати "вершки".

Технологія ACM здатна робити електрику в такому ж масштабі, що й вугільні електростанції або гідроелектростанції з нульовим екологічним впливом, думають американські новатори. Але наскільки система може бути ефективної?

Витрата повітря через трубу на різницю тисків у її кінців впливати ніяк не буде — труба з'єднує між собою багато сотень кубічних кілометрів атмосфери.

А для того, щоб нівелювати капризи погоди й увесь час працювати на найбільшій різниці в атмосферному тиску, типова електростанція нового типу повинна являти собою мережу із двох-трьох або навіть чотирьох таких труб, довжиною по 150-300 кілометрів, з'єднаних вузлами з перемикаючими заслонками. Потужність такої станції становила десь б гигаваттів.

Додамо лише, що автори системи оцінюють вартість спорудження такої системи як рівну вартості вугільної електростанції тієї ж потужності. Але при цьому ACM не вимагає ніякого палива (і всіх витрат з ним зв'язаних – видобуток, транспортування, зберігання). Інші ж експлуатаційні витрати також повинні бути мінімальними, оскільки система порівняно проста в пристрої і єдині рухливі деталі це — ротори вітрових турбін. Головне, це вірно вибрати крапки, між якими варто прокладати трубу (труби). Для чого потрібні великі статистичні дані по атмосферному тиску в різних районах.

Cold Energy одержала від американських метеорологів такі дані по США за останні 30 років і має намір найближчим часом вибрати найбільш вдале місце для зведення першого прототипу електростанції ACM.

Звичайно, на ділі така станція буде трохи складніше, ніж ми описали. Їй ще знадобляться системи, що запобігають зледенінню труб зсередини (винятково за рахунок енергії того ж швидкісного потоку), системи, що контролюють вологість повітря, захисні сітки на вході й виході та інші допоміжні системи.

Але якщо навіть фінальна вартість кіловат-години буде втроє вище заявленої, ACM однаково виявиться одним із самих конкурентоздатних джерел енергії, так ще й зовсім чистим.

http://membrana.ru

Кухонне тепло розігріває житло персональною електростанцією

Колись давно кожен будинок обігрівався власним вогнищем, потім наступила епоха гігантських теплоцентралей. Тепер же йде зворотний процес - усе більше родин у розвинених країнах здобувають мініатюрні пристрої, здатні помітно зменшити суму рахунків за електроенергію й заодно забезпечити обігрів будинку й доставку гарячої води взимку.

Одночасна генерація електрики й тепла - ідея дуже стара. Властиво, за такою схемою, що дозволяє більш повно використати енергію палива, працюють теплоелектроцентралі. Але якщо у вдома електрику доставляється з більш-менш низькими втратами, то втрати теплової енергії в централізованих системах теплопостачання досить великі. Особливо в Росії, де взимку найчастіше підземні теплові траси відмінно видні на поверхні - на них немає снігу.

На Заході давно розвивається альтернативний напрямок у постачанні будинків електрикою й теплом - порівняно невеликі комбіновані станції, що забезпечують тепловою й електричною енергією групи будинків, лікарні або невеликі підприємства. А за останні кілька років децентралізація в цій області досягла свого логічного завершення - появи надзвичайно компактних домашніх теплоелектростанцій.

Головна родзинка MicroCHP - у букві "C", що означає "комбіновані". Згадаєте, що КПД двигуна внутрішнього згоряння - порядку 30%, інша енергія згорілого палива в буквальному значенні летить у трубу. А в MicroCHP вона не губиться даремно: нагріває воду у водопроводі або повітря в будинку, а в багатьох моделях - і те й інше відразу. Ці агрегати роблять біля п'яти фірм із Японії, Нової Зеландії, Європи й, з недавніх пор, США.

Вигода очевидна - MicroCHP забезпечує будинок електрикою й теплом при мінімальних експлуатаційних. У години, коли споживається мінімум електроенергії, домашня електростанція може поставляти електрику в розподільну мережу міста або району. Благо розраховані такі пристрої ледве не на цілодобову роботу, а їхні движки сконструйовані так, що мають високий моторесурс.

Далі все залежить від розумності місцевих законів і моторності енергокомпаній. Сучасні електронні лічильники дозволяють не тільки реєструвати енергію, забрану будинком з мережі, але й віднімати енергію, поставлену у зворотному напрямку - з будинку в мережу. А рахунку виписувати тільки за різницю в цих величинах.

Така схема вже давно працює в багатьох країнах, вона була відпрацьована ще на домашніх господарствах, що встановили сонячні батареї або вітряки як додаткові генератори електрики.

Десятки тисяч будинків у Японії і Європі вже оснащені різними моделями портативних комбінованих теплоелектрогенераторів, а нещодавно системи MicroCHP почали завоювання Новий Світ.

Зокрема, мова йде про варіації MicroCHP, створеною японською компанією Honda разом з американської Climate Energy.

Основний режим пристрою - робота тільки ДВС. Він поставляє 1,2 кіловати електрики, а його теплообмінник забезпечує обігрів будинку.

Сумарний КПД цього комбінованого генератора, залежно від навантаження, становить 83-90%, тобто така частка енергії, що втримується в метані, перетворюється в електрику й тепло для будинку.

А оскільки природний газ - паливо порівняно недороге, вигода в порівнянні з 100-процентною покупкою електрики в мережі очевидна. Ну й газові компанії не в накладі: споживачі платять по газовому лічильнику.

У самий же пік морозів, коли непридатного тепла від ДВС уже не буде вистачати для підтримки в будинку нормальної температури, хазяї цього японсько-американського агрегату можуть включити додатково газовий обігрівач, убудований у систему.

Така комбінація повітронагрівача й Двс-генератора викидає на 30% менше вуглекислого газу на кожен джоуль виробленої в сумі електричної й теплової енергії в порівнянні із класичною схемою з використанням централізованої теплоелектростанції.

На жаль, самі MicroCHP недешеві - модель, що генерує кіловат електрики плюс тепло, достатнє для котеджу в три спальні, коштує $13 тисяч.

Далі потрібно врахувати, що в нічні годинники працюючий генератор "продає" електрику місцевій сітці. У США, приміром, така 1-кіловатна установка зменшує сумарний рахунок за електрику приблизно на $800 у рік. Стало бути, комбінований агрегат окупиться років за сім. Далі - чиста економія.

http://membrana.ru

Зелений паровик Гріна поглинає непотрібне тепло

У багатьох теплових машинах, будь то ДВС в автомобілі або казани й турбіни величезних електростанцій, чимала частка енергії губиться з вихлопом. А масових пристроїв для утилізації цього дарового тепла дотепер немає. Чому?

Здавалося б, варто перетворити в корисну енергію (електрика або обертання вихідного вала) хоча б частина непридатного тепла - і загальний КПД двигуна або електростанції помітно виросте. Рішень цього завдання світ бачив чимало (і термоелектричні перетворювачі, і додаткові турбіни на легкокип’ячих рідинах), але жодне з них не одержало дійсно широкого поширення.

Причина в тім, що КПД додаткових перетворювачів не може бути високим - кілька відсотків, не більше, адже різниця між температурою вихлопних газів і навколишнього середовища невелика. А раз так, виникає питання: " чи коштує овчинка вироблення?". И отут ключовим моментом стає вартість перетворювача.

Якщо теплову машину вдасться виготовити з найменшого числа деталей і найбільш дешевих матеріалів, можливо, сенс в утилізації непридатного тепла й з'явиться.

Один з оригінальних проектів такого роду — мініатюрна парова машина каліфорнійського винахідника Роберта Гріна (Robert Green), що заснувало компанію Green Steam Engine ("Парова машина Гріна" або "Зелена парова машина" на вибір - обидва варіанти перекладу підходять чудово).

Побудовані Гріном зразки важать приблизно 2,3 кілограми, не вважаючи маховика. Правда, вихідної потужності винахідник не повідомляє, так що порівнювати машинки не із чим.

Головною відмінністю паровика Гріна від попередників є спосіб перетворення зворотно-поступального руху поршнів парової машини в обертовий рух вихідного вала. Займається цим "трансмісія із гнучким стрижнем" (flexible rod transmission), на яку Роберт ще в 2003-м одержав патент.

Правда, тоді автор говорив лише про пристрій, що перетворить обертання вала у зворотно-поступальний рух. Причому ізюминкою механізму була можливість від одного кривошипа рухати взад-вперед відразу кілька важелів, так ще (при необхідності) кожний з них - зі своєю амплітудою й довільною фазою. І все це - при мінімумі деталей.

Така машинка могла б знайти застосування в автомобілях. Але сам Грін думає, що його апарат, у першу чергу, може стати універсальним движком для обертання різних домашніх машин - невеликих водяних насосів, маленьких деревообробних або шліфувальних верстатів, електричних генераторів для зарядки автомобільних акумуляторів. А харчуватися паровик може практично від будь-якого джерела тепла - будь те спиртівка або дров'яна грубка. Або вихлоп великого ДВС.

Потрібно відзначити, що стрижень 15 може відхилятися в будь-яку сторону, але при цьому не обертається навколо своєї осі. Зчленування 14 дозволяє йому вільно провертатися стосовно кривошипа. Місця ж кріплення гнучкого стрижня до корпуса механізму й вузлу 14 - це тверді закладення. Також не обертається, а лише нахиляється в різні сторони трикутник 22. При обертанні вала важелі 20 будуть рухатися нагору й униз. Причому їх можна розташовувати по окружності нерівномірно - буде мінятися фаза їхніх коливань. А варіюючи довжину важелів 17, можна міняти амплітуду коливань важелів 20.

http://membrana.ru

Блискавична ферма піймає енергію небесних розрядів

Кожний, хто коли-небудь читав про величезні значення напруг і струмів у каналі лінійної блискавки, замислювався: а чи не можна якось ці блискавки ловити й переправляти в енергетичні мережі? Щоб харчувати холодильники, лампочки, тостери та інші пральні машини. Розмови про такі станції ведуться вже багато років, але не виключено, що в наступному році ми нарешті побачимо діючий зразок "збирача блискавок".

Покопавшись у фантастичній літературі, напевно можна наткнутися на щось подібне. Та й різних патентних заявок на цю тему, думаємо, зроблено чимало. Тільки от реального втілення все не видно.

Проблем тут маса. Блискавки, на жаль, занадто ненадійний постачальник електрики. Щоб "харчуватися" блискавками, їхню енергію явно потрібно десь накопичувати за ті тисячні частки секунди, що триває головна фаза розряду (удар блискавки, що здається миттєвим, насправді складається з декількох фаз), а потім повільно віддавати в мережу, попутно перетворюючи в стандартні 220 вольт й 50 або 60 герців змінного струму.

А чи варто тоді взагалі зв'язуватися із блискавками? Якщо поставити таку станцію в місцевості, де блискавки б'ють набагато частіше звичайного, користь, напевно, буде. За деякими даними при одному сильному грозовому штормі, коли блискавки б'ють безупинно один за одним, може виділитися така кількість енергії, що вистачить на забезпечення електрикою всіх США протягом 20 хвилин.

З іншого боку, грози трапляються на Землі дуже нерівномірно. Приміром, американські новатори, що замислюються над збором блискавок, давно поглядають убік Флориди: там є район, що славиться як місце, прямо-таки вподобане небесними стрілами.

Ще більше повезло Африці. Буквально днями фахівці, що працюють із американським супутником "Місія виміру тропічних штормів" (Tropical Rainfall Measuring Mission — TRMM), оприлюднили звіт про одному зі свіжих досягнень цього супутника.

По проведенню багаторічних спостережень, склали світову карту частоти блискавок, офарбивши ту або іншу частину Землі відповідно до числа сліпучих розрядів, що виникають над кожним квадратним кілометром даної місцевості за рік.

У центральній частині африканського континенту є немаленька зона, де на квадратний кілометр доводиться більше 70 блискавок у рік!

Але поки з такими проектами виступають усе більше винахідники зі США.

До речі, у різний час різні винахідники пропонували самі незвичайні накопичувачі - від підземних резервуарів з металом, що плавився б від блискавок, що попадають у блискавковідвід, і нагрівав би воду, чия пара обертала б турбіну, до електролизерів, що розкладають розрядами блискавок воду на кисень і водень. Але ми думаємо, що хоч якийсь можливий успіх пов'язаний з більше простими системами.

Компанія має намір випробувати свою установку протягом грозового сезону майбутнього року, в одному з місць, де блискавки гуляють частіше звичайного. При цьому розроблювачі накопичувача оптимістично вважають, що електростанція "на блискавках" окупиться за 4-7 років.

http://membrana.ru

  << 1-5  6-10  11-15  16-20 >>