Геотермальная энергия

Ветровая энергия

Ветровая энергия продолжительное время использовалась в мореплавании, а также для приведения в движение мельничных колес. В последнее время она начала применяться для выработки электроэнергии. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) предназначена для того, чтобы превращать кинетическую энергию ветра в энергию вращения ротора генератора, который и вырабатывает электроэнергию. Выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ротора и скорости ветра в кубе. Ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость ветра в среднем не бывает слишком большой. Одной из самых сложных проблем, препятствующих широкому распространению ВЭУ, является постоянно меняющаяся скорость ветра. Даже высоко в горах нельзя рассчитывать на стабильную скорость ветра. Кроме того, электроэнергия этими установками вырабатывается тогда, когда дует ветер, а не тогда, когда она необходима.

С тех пор как возродился интерес к использованию энергии ветра, во многих промышленно развитых странах предпринимались попытки определить ее потенциал. В результате выяснилось, что количество энергии, содержащееся в воздушных потоках, огромно. Так, по подсчетам канадских ученых, ветроэнергетический потенциал этой страны составляет около 550000 МВт. В целом энергия ветра на земном шаре оценивается примерно в 175-219 тыс.ТВт·ч в год (причем развиваемая им мощность достигает (20-25)·106 МВт). Это примерно в 2.7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Однако реально можно полезно использовать только 5% энергии ветра.

В РФ ресурсы энергии ветра также велики. Особенно богаты ветроэнергетическими ресурсами северные районы страны (прибрежная полоса Северного Ледовитого океана шириной 100-200 км и восточные районы). По расчетам, с 1 км² поверхности земли в северных районах может быть получена мощность 1500-5000 кВт в зависимости от скорости ветра. Время использования ВЭУ может составить 2500-4000 часов в год, причем 30% времени они будут работать с установленной мощностью.

Геотермальная энергия обязана своим происхождением горячей магме, которая проникает из недр земли и подходит близко к поверхности. Источники глубинной теплоты расположены во многих частях земного шара, как правило, вблизи районов геологической активности. Геотермальные месторождения можно подразделить на следующие виды:

1) гидротермальные системы (на глубине до 3 км). Они могут быть: с преобладанием сухого пара, с преобладанием горячей воды;

2) системы аномально высокого давления (на глубине до 10 км);

3) сухие горячие горные породы (на глубине до 10 км). Наиболее эффективны и освоены такие геотермальные месторождения, в которых горячий сухой пар выходит на поверхность земли. В настоящее время широкое применение находят месторождения, в которых преобладает горячая вода.

Магма нагревает вышележащую пористую породу за счет конвекции. Пористая (водоносная) порода, если она сверху покрыта плотной водонепроницаемой породой, и является источником геотермальной энергии. Если в этих местах возникают трещины в земной коре, то нагретая вода вытесняется вверх. По мере ее поднятия к поверхности земли, давление воды падает, и она превращается в пар. Если начальная температура воды и ее давление достаточно высоки, то в пар превращается вся вода. Это месторождение сухого пара. Однако в большинстве районов мира извлекаемые геотермальные флюиды представляют собой смесь пара и горячей воды (в сущности, горячий рассол, так как геотермальные флюиды содержат большое количество растворенных химических веществ).

Геотермальные системы аномально высокого давления в настоящее время активно изучаются. Для систем подобного типа характерно то, что горячая вода "заперта" в обширных, глубоко залегающих осадочных бассейнах: температура воды обычно не достигает и 200°С, однако давление внутри резервуара колеблется от 500 до 900 МПа.

Чтобы приступить к массовому освоению этого вида энергоресурсов, необходимо сначала решить несколько технологических и экологических проблем. Большая часть затрат на освоение геотермальной энергии связана с бурением скважин диаметром до 60 см. Высокое содержание солей в геотермальной воде и паре приводит к тому, что через несколько лет работы происходит закупорка этих скважин и необходимо их новое бурение. По большинству скважин поступает не пар, а горячая вода, что уменьшает КПД выработки электроэнергии. Отбор теплоты из геотермального источника происходит обычно быстрее, чем ее возмещение за счет естественного процесса. В результате со временем температура пара или горячей воды начинает снижаться, уменьшается также их поступление на поверхность. Это означает, что наступает исчерпание источника геотермальной энергии.

В РФ также ведутся работы по использованию геотермальной энергии. Источники этой энергии у нас имеются на Кавказе, на Камчатке, на острове Кунашир, на Сахалине и в ряде мест Забайкалья. Первая ГеоТЭС в РФ была построена на Камчатке в 1967 г. мощностью 5 МВт. Начато изготовление комплектных ГеоТЭС мощностью 2,0; 2,5 и 20 МВт для Камчатской и Сахалинской областей.