Технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии

Технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии

Харьковская государственная академия дизайна и искусств

Экологическая энергетика будущего

Основой развития современной цивилизации является энергетика. От состояния энергетики зависит темп развития научно-технического прогресса (НТП). Способы добычи и использования энергии существенно влияют на состояние окружающей природной среды (ОПС). На рис.1 показана взаимосвязь развития НТП, источников энергии и загрязнения ОПС.

Рис. 1. Взаимосвязь энергетики, НТП и экологии

Рассмотрим все возможные на сегодня варианты экологически чистой энергетики (рис. 2):

Рис. 2. Альтернативные экологические источники энергии

Солнце – самый мощный экологический источник энергии на Земле. Но интенсивность солнечного излучения на поверхности Земли зависит от многих факторов: географической широты, времени суток, погоды и др. Солнечные батареи малых мощностей успешно применяются для получения электроэнергии в промышленности, на транспорте, обогрева бытовых помещений. Создание мощных электростанций сдерживается их высокой стоимостью и отчуждением больших земельных площадей.

Ветер – также мощный источник энергии. Существующие электроветряные установки все шире применяются в небольших хозяйствах. Их эффективность существенно зависит от географического места и погодных условий. Для получения больших мощностей требуется множество установок на отчуждаемых полигонах. Ветряные установки излучают низкочастотный шум, который вреден даже для животных.

Гидроэлектростанции вырабатывают в наше время около 20% электроэнергии в мире [2]. Они не загрязняют атмосферу вредными выбросами. Но при их сооружении затапливаются огромные площади плодородных земель.

Его можно получать из множества органических отходов сельскохозяйственного производства, перерабатываемой древесины, отходов жизнедеятельности людей и др. Сейчас ведутся бурные дискуссии о целесообразности его широкого применения. По расчетам ученых [3] этанол, производимый из зерновых культур, снижает выбросы парниковых газов на 12% и дает энергии лишь на 25% больше затраченной на его производство. Его использование может смягчить экологический кризис, но вызвать кризис продовольственный.

У земной коры на глубинах 7-10 км аккумулировано тепло, количество которого в тысячи раз превышает теплоемкость всех видов ископаемого топлива. Но технологии его массового использования еще не отработаны.

· Энергия морей и океанов.

Мировой океан содержит огромный энергетический потенциал: энергия волн, приливов и отливов, морских течений, разность температур слоев морской воды. Но широкое внедрение морских электростанций разных типов сдерживается относительно высокой их стоимостью.

Водород как топливо является перспективным. Вложены немалые средства в разработку водородных двигателей для космических ракет и автомобилей. Но, если в циркуляции водорода главную роль будет играть атмосфера, существует вероятность разрушения озонового слоя атмосферы [3].

Топливом для термоядерного реактора являются изотопы водорода, запасы которых в водах мирового океана неисчерпаемы. В термоядерном реакторе реализуется синтез химических элементов при температуре порядка 150млн. 0 С. Эта температура значительно выше температуры внутри Солнца. Невероятно сложно осуществить реактор технологически и конструктивно. Над этой проблемой ученые работают безуспешно уже более 50 лет. Потрачены сотни млрд.долларов, и в ближайшее время осуществление управляемой термоядерной реакции невозможно. Существует также теория, которая вообще отрицает возможность термоядерной реакции в земных условиях.

Краткий анализ приведенных земных источников экологической энергии показывает, что, за исключением термоядерного топлива, все остальные не могут гарантировать надежное энергетическое обеспечение в будущем. В целом, они могут обеспечить не более 30% энергетических потребностей в современной цивилизации.

Гравитация – это неисчерпаемый космический экологический источник энергии, к овладению которым человечество еще только приближается. Это обусловлено кризисом физики в ХХ ст. [4]. Наметились пути выхода из кризиса. Украинские ученые А.Киндеревич и Л.Кича разработали единую теорию поля и предложили ряд проектов по использованию гравитационной энергии [5].

Рассмотрим суть данной теории, ее основные постулаты:

· все массы материи и причинно-следственные процессы в материальном мире излучают потоки времени-пространства (ВП);

· сила гравитации направлена против этого потока;

· потоки ВП абсолютно проницаемы;

· потоки ВП изотропны, их свойства независимы от направления;

· через всякую точку пространства силовые линии потока ВП проходят как прямые, проходящие через одну точку;

· плотность потока обратно пропорциональна квадрату расстояние от источника;

· противонаправленные потоки ВП компенсируют друг друга;

· «черные дыры» и другие массы Вселенной создают фоновую плотность энтропийного потока ВП (ВПэ);

· сила гравитации, вызванная противонаправленными потоками ВП, определяется разностью этих потоков, так на всякое тело на Земле действует сила земного тяготений вследствие превышения плотности потока ВП от земли (ВПз) над потоком ВПэ;

· управление потоками ВП возможно с помощью линз фокусации ВП.

Известны линзы фокусации, наблюдаемые в природе:

· космические вихри плазменной материи, например, выбрасываемые Солнцем вопреки огромным силам собственного гравитационного притяжения;

· атмосферные вихри (смерчи) и циклоны, вращающиеся атмосферные вихри вызывают перегравитацию и подъем огромных масс вещества вверх;

· материальный вращающийся диск как аналог атмосферного вихря;

Авторы теории предлагают рукотворные линзы фокусации:

· электромагнитные линзы, в которых создаются «вихри» электронных потоков, подчиняющиеся законам Ампера и Лоренца;

· те же электромагнитные линзы с использованием сверхпроводимости, в которых усиливаются эффекты перегравитации;

· электродинамические линзы, состоящие из вращающихся металлических дисков.

Устройство и принцип действия электромагнитной линзы, работающей по закону Ампера, представлены на рис. 3.

Рис. 3. Устройство электромагнитной линзы фокусации

Согласно рис.3 линза фокусации содержит:

1 – верхний железный диск;

2 – нижний железный диск;

3 – спиралевидная обмотка плоской катушки;

4 – подковообразные магниты (4 шт.);

5 – катушки намагничивания (8 шт.);

6 – немагнитное соединение дисков.

Если через катушки намагничивания подковообразных магнитов пропускать постоянный ток, то диски становятся полюсами мощного магнита. Пусть его полярность будет такой, как показано на рис.3. Пусть направление электрического тока I в спиралевидной плоской катушке будет против часовой стрелки (на разрезе D-D – направление тока «от нас»). В соответствии с правилом левой руки по закону Ампера, при магнитной индукции, входящей в ладонь, и направлении тока вдоль четырех пальцев, большой палец указывает направление силы, действующей на поток электронов в спирали – от центра. Тогда энтропийный поток ВПэ, пройдя через линзу, будет направлен к центру, т.е. будет фокусироваться. И, наоборот, для гравитационного потока от Земли ВПз ток по спирали будет направлен по часовой стрелке, сила будет направлена к центру, а поток ВПз – от центра, т.е. будет расфокусирован.

Величина силы, действующей на проводник с током в магнитном поле по закону Ампера, определяется формулой:

,

где В – индуктивность; I – сила тока; l – длина провода; — угол между силовыми магнитными линиями и направлением тока (в нашем случае sin =1).

Из формулы следует, что в линзе при изменении индуктивности и силы тока в широких пределах возможно управление силой и гравитационными потоками. Использование таких линз фокусации предложено в проекте гравитационной электростанции.

На рис.4 представлен один из вариантов функциональной схемы такой станции.

Рис. 4. Функциональная схема гравитационной электростанции

Основные элементы станции:

1 – верхняя линза фокусации;

2 – нижняя линза фокусации;

3 – инерционный маховик (ротор электрогенератора);

4 – статор электрогенератора;

5 – компенсационные линзы;

6 – электрогенератор (8 шт.).

Если обе силовые линзы будут работать в режиме расфокусации противонаправленных потоков ВП, возникает колоссальная сила, способная вращать маховики (роторы генераторов). Роторы под воздействием сил вращаются в направлении, противоположном падающим потокам ВП.

Авторы проекта приводят основные конструктивные особенности и расчеты элементов станции:

· Силовые линзы. Линзы диаметром 6 м состоят из двух железных дисков толщиной 10 мм, внутренней спиралевидной обмотки, набранной изолированным алюминиевым проводом пластинчатого типа сечением 1х10 мм. Длина спирали 28050 м, масса 737 кг. Спираль разбита на 85 участков с длиной провода каждого участка 330 м и сопротивлением 0,9 Ом. Участки спирали подключаются к питанию параллельно. При напряжении постоянного тока 12 В сила тока будет 13,3 А на каждом участке. Для усиления магнитного воздействия силу тока можно увеличивать до 200 А. При номинальном режиме необходимая мощность, подаваемая на участок спирали – 160 Вт, на всю спираль – 13,6 кВт, на спирали 2-х линз – 27,2 кВт.

· Подковообразные электромагниты. Они состоят из железных подковообразных сердечников толщиной 30 мм. На концы сердечников надеты катушки длиной 400 мм. Каждая катушка имеет 12 слоев по 500 витков в одном слое провода 1 мм 2 . Сопротивление одной катушки 50 Ом. Катушки подключаются в сеть напряжением 500 В параллельно. Сила тока в катушке 10 А. мощность, потребляемая одной катушкой, 5 кВт, магнитом с двумя катушками — 10 кВт, 4-мя магнитами линзы — 40 кВт, 2-мя линзами суммарно — 80 кВт.

· Система погашения боковых потоков ВП. Система необходима для погашения мощных боковых потоков ВП вдоль линз. Они будут притягивать к себе все, что попадает в область распространения этих потоков. Гашение производится после их использования для вращения инерционных маховиков (роторов) генераторов и реализуется противонаправлением потоков друг к другу. Линзы имеют квадратную форму со стороной 0,6 м, а поверхность цилиндрическую, соответствующую диаметру кольца гашения. Мощность одной линзы 1,7 кВт. При диаметре кольца гашения 8 м понадобится для каждой силовой линзы 40 линз гашения, для 2-х линз — 80. Потребляемая мощность системой погашения 136 кВт.

Анализ и исследование данного проекта гравитационной электростанции показал ее основные достоинства:

· неисчерпаемость источника энергии;

· возможность установки в любом поселке, районе города;

· нет отчуждения площадей для высоковольтных ЛЭП;

· экологическая чистота и др.

Кроме того, рассмотренный принцип получения электроэнергии может широко применяться для создания минигенераторов, вплоть до карманных.

Таким образом, гравитационная энергетика имеет прекрасную перспективу в будущей космической цивилизации человечества.

1. Галушка О.О. Науково-технічний прогрес і екологія //Наукова конференція професорсько-викладацького складу за підсумками роботи у 2005/2006 н.р. – Харків: ХДАДМ, 2006. – С.6-9.

2. Білявський Г.О. Основи загальної екології. – К.: Либідь, 1995. – 368с.

3. Жданов В. Разумная альтернатива //Корреспондент. — №29/218, 2006.

4. Галушка О.А. Парадигма научно-технического прогресса в ХХ I в. // Теорія і практика матеріально-художньої культури. – Харків: ХДАДМ, 2003. — №3. – С.23-27.

5. Киндеревич А., Кича Л. Теория поля . Элементы теории чисел. – К., 2000. – 528 с.

Технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии

Экологически чистые источники энергии

Ещё в прошлом веке учёные предвещали будущую проблему с экологией, и сейчас эта проблема становится всё более явной. Эти данные подтверждаются с увеличением уровня загрязнения углеродными технологиями. Было подсчитано, что если активно внедрять экологически чистые источники сырья в планетарных масштабах, можно достичь желаемой энергетической безопасности уже к 2050 году.

В последнее время рынок экологически чистых видов энергии растёт довольно быстро, однако это — лишь малая доля желаемого темпа развития, что решило бы проблемы глобального потепления.

К основным экологически чистым технологиям в первую очередь следует отнести энергию ветра и Солнца, энергию океана, приливов и отливов волн, геотермальную энергию, биомассу, что сейчас и рассмотрим.

Энергия ветра, как быстроразвивающийся источник электричества, производится благодаря ветротурбинам, что устанавливаются на высотах. Турбины используют ветер, чтобы получать электричество, что удобно и самое главное – экологически безопасно. Ветром вращаются лопасти, которые приводят в действие электрогенератор, что и вырабатывает необходимые киловатты. Использование энергии ветра осуществляется по средствам линий передача, также широко используется в отдалённых районах, где отсутствуют энергосистемы широкого использования. В последнее время ученых заинтересовали ветра, что проносятся достаточно высоко от земли, как источник более качественной энергии.

Не менее популярным является использование Солнца в качестве получения энергии, ведь ежедневно на Землю поступает энергия от солнечных лучей, которой хватит на 6 млр населения планеты. Энергетика Солнца – это нетрадиционная энергетика, что берёт за основу солнечное излучение. Благодаря многочисленным работам солнечная энергия преобразовывается в электрическую и теплую. Впервые благодаря солнечной энергии электричество было получено ещё в 1957 году, когда при освоении Космоса на спутнике были установлены солнечные батареи и с лёгкостью вырабатывали электроэнергию. Однако это далеко не все возможности энергии Солнца. Солнечное излучение используется также для подогрева воды и отопления различных помещений с помощью специальных солнечных коллекторов.

В хозяйстве домов и ферм можно использовать солнечные панели, которые эффективно обеспечивают электроэнергией всё оборудование вплоть до комплексного энергоснабжения больших коттеджей и усадьб. Такие панели также могут обеспечить быстрый подогрев бассейнов и кондиционирование.

Хотелось бы отметить ряд научных исследований, направленных на получение энергии благодаря физическому вакууму. Большой вклад в развитие вакуумной энергии внёс лауреат Нобелевской премии Р. Фейнман, который доказал энергетический потенциал вакуума. По его словам, вакуум, что заключен в объёме электрической лампочки, содержит такое количество энергии, что способно подогреть воды мирового океана. Основой вакуумного учения есть пространство как огромный физический вакуум, что является частью энергопреобразования.

К экологически чистым способам получения энергии можно по праву отнести сверхэффективные газовые электростанции, что используют в своей работе усовершенствованные турбины. За счёт более высокого показателя КПД такие электростанции приводят к значительно меньшему выбросу различных парниковых газов. Однако более широкого использования данной технологии сдерживается проблемами с поставками газа и его высокая цена по сравнению с каменным углем, который пока месть имеет большую востребованность.

Обезуглероженный каменный уголь

Большая привязанность к использованию угля привела к новым технологиям и в этой сфере, — обезуглероженному каменному углю. Благодаря комплексному процессу газификации каменного угля возможно внедрение более экологически безопасных электростанций. После газификации угля значительно снижается выброс оксида серы, ртути и оксида азота в атмосферу. Кроме того, такой комбинированный цикл газификации значительно сокращает выбросы углекислого газа. Процесс обезуглероживания каменного угля осуществляется при помощи скрубберов, комбинированных циклов или связыванием углерода.

Энергия океана, приливов и отливов

Разумеется, следует отметить и актуальность энергии волн и океана. Данная энергия образовывается в волнах на поверхности океана и измеряется мощностью волновой энергии кВт на метр. Мощность такой энергии напрямую зависит от высоты волны и является значительно мощнее ветровой и солнечной энергии. Данный вид энергии – 100% возобновляем и является альтернативным видом экологически чистых источников энергии. Кроме того, достаточно мощной является энергия приливов и отливов, которая начала использоваться ещё в XI веке при работе мельниц и лесопилок. Работа приливных электростанций основывается на природной закономерности – гравитационные силы Солнца и Луны притягивают к себе водные массы, поэтому дважды в сутки уровень воды в океане поднимается и опускается, вызывая нужные колебания.

Энергию скрывают в себе не только воды и ветер, но даже энергоносители природного происхождения, которые получили название биомассы. Эта энергия образуется в процессе фотосинтеза и является абсолютно безопасной при условии газификации биомассы с последующей работой в газовых турбинах. Исследованиями, проведенными учеными из Принстона было доказано, что продукты газификации биомассы могут основательно конкурировать с привычными уже ядерными, гидравлическими и тепловыми энергоустановками. По словам специалистов Соединённых Штатов, синтетическое топливо может стать основополагающим источником энергии в XXI веке, ведь тот же метанол добывается из биомассы сахара тростника и может быть экологически чистым заменителем бензина.

В центре земли температура составляет около 6000 градусов по Цельсию – это достаточно горячо, чтобы с легкостью расплавить породы земной коры. Даже на несколько километров вглубь земли, температура может быть более 250 градусов по Цельсию, если слой земной коры является тонким. В целом, повышение температуры идет на один градус каждые 30 — 50 метров в зависимости от месторасположения.

В вулканических районах, расплавленные породы земной коры могут находиться очень близко к поверхности.

Слово "геотермальная" происходит от греческого слова geo (земля) и therme (тепловая энергия). Таким образом, геотермальная энергия – это тепло из-под Земли. Мы можем восстановить это тепло в виде пара или горячей воды и использовать ее для обогрева зданий и выработки электроэнергии. Геотермальная энергия используется на протяжении тысяч лет в некоторых странах для приготовления пищи и отопления.

Будущее экологически чистой энергии

Состояние экологии в наше время – достаточно актуальная тема! При воплощении всех задуманных планов относительно экологически чистых источников энергии вполне реально очистить атмосферу от загрязнений и снизить до минимума возможные катаклизмы на АЭС и другие катастрофы, что имеют место быть в наш прогрессивный век.

После аварий, произошедших в Японии, на Украине, в США, многие задумались о невероятной опасности, что несут собой АЭС и многие другие источники энергии, широко применяемые в наши дни. По статистическим данным на энергию, добываемую при помощи угля, приходится 26% от всей мировой энергии, на нефть – 36%, тогда как солнечная энергия занимает лишь 0,1% от мировой энергии.

Многие страны постепенно переходят на альтернативные источники энергии. Так, в Норвегии и Финляндии всё более признанными становятся солнечные электростанции, что позволяет повышать эффективность солнечных элементов и качество материалов. А геотермальная энергетика позволяет эффективно растапливать и обогревать дома, магазины и фабрики. Так, к концу 1988 года в Исландии, что является рекордсменом по использованию геотермальных ресурсов, мощность энергии достигла 39 МВт.

Ветровую энергию широко использует Дания, где насчитывается около 4 тыс. ветровых установок – 5% от всей вырабатываемой страной энергии. Кроме того, 1 Кв такой энергии значительно дешевле той же энергии, добытой АЭС и ТЭЦ.

Прибегнуть к альтернативным источникам энергии подвигла нехватка электричества и города Китая, — здесь уже начали устанавливаться комплексы ветряков, а к 2020 году планируется получать ещё 20 млн КВт по средствам воды, солнца и ветра.

Нельзя не отметить Португалию, которая начала построение самой крупной во всём мире солнечной электростанции, где будет установлено около 35 тысяч солнечных батарей. Данная станция сможет вырабатывать до 62 МВт электроэнергии, что является прекрасным показателем в области экологически чистых источников энергии.

Использование альтернативных источников энергии необходимо странам не только в связи с нехваткой энергии уже существующих станций. Всё дело в невосполнимости природных запасов — нефти, природного газа, что могу поставить под вопрос их вечное использование. В связи с тем, что потребление природных запасов постоянно растёт, по некоторым прогнозам население будет обеспечено нефтью и газом ближайшие 30 – 50 лет и около 300 лет для угля.

Активному использованию экологически чистых источников энергии препятствуют значительные материальные затраты, которые далеко не сразу окупаются. Кроме того, сейчас традиционно получаемая энергия значительно дешевле предполагаемой солнечной, ветряной, энергии биомасс. Однако многие забывают о главном преимуществе альтернативных источников энергии – их возобновлямость, которая в конечном итоге сделает энергию лучшей в своём роде. Кроме того, возобновляемые источники энергии прекрасны для районов без единой мощной энергосети.

Со всеми вышеперечисленными преимуществами невозможно не согласиться, однако тормозит процесс внедрения альтернативных источников энергии в действие первоначальные капиталовложения, которые окупаются не так скоро, как того хотелось бы. И, конечно, нельзя не отметить мощность и сравнительно малые площади традиционных электростанций, что не даёт полной уверенности в отказе от их использования.

Считается, что наибольшие перспективы имеет ветряная энергия. По сравнению с другими альтернативными источниками энергии, начальные капиталовложения здесь относительно не высокие. Кроме того, стоимость энергии, получаемой при помощи ветра практически равно энергии с ТЭЦ, что внушает далёкие перспективы.

Таким образом, экологически чистые источники энергии привлекают в первую очередь своей экологичностью и значительно меньшим уроном для окружающей среды, а также возобновляемостью сырья. Однако дороговизна налаживания станций, значительная привязанность к местности и меньшая традиционных электростанций мощность ставит альтернативные источники энергии под вопрос. На практике можно увидеть лишь малую долю возможного использования энергии ветра, Солнца и других вышеперечисленных источников, в лучшем случае – комбинированное использование как альтернативных, так и традиционных. Но даже в таком случае, что не может не радовать, можно добиться значительного снижения потребности в угле, нефти и газе, приостановить темпы их добычи, что даст возможность отстрочить начало энергетического кризиса!

Источники:
Технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии
технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии Харьковская государственная академия дизайна и искусств Экологическая энергетика будущего Основой развития современной
http://www.rusnauka.com/2._SND_2007/Tecnic/19334.doc.htm
Технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии 1
технологии будущего чистая энергия без загрязнения экологии Экологически чистые источники энергии Ещё в прошлом веке учёные предвещали будущую проблему с экологией, и сейчас
http://cleanenergy.ucoz.net/

COMMENTS