Эта статья — обзор разных видов источников энергии — имеющихся и многообещающих в дальнейшем.

Итак, что есть на данный момент. На данный момент мировое годичное создание электроэнергии — приблизительно 20000000000000 квт-час.
Этой энергии хватило бы, чтоб удалить Луну от Земли приблизительно на 35 см.
Энергия колоссальная, но в 10 раз наименьшая той, что Земля получает от Солнца за секунду!
Практически вся энергия вырабатывается из невосполняемых ресурсов – нефти, природного газа, каменного угля и ядерной энергии. И приблизительно десятая часть – из других источников энергии.
Естественно, такая ситуация стращает многих, потому ее всячески пробуют решить, как — читайте под катом.

Оговорюсь — объем произведенной электроэнергии вчетверо меньше всей потребляемой энергии. В главном это обосновано тем, что КПД термических электрических станций достаточно маленький — кое-где порядка 30%, также значимый вклад в потребление заносит транспорт и отопление. Но потому что основная статья дополнительных расходов — это просто энерго утраты, то будем считать, что обеспечить население земли электроэнергией — есть решение всей энергетической задачи.

Другой источник энергии – биотопливо.
Начинаю с него, потому что, на мой взор, этот самая расточительная подмена нефти. Расточительная поэтому, что – КПД преобразования энергии солнца в растениях – приблизительно 1%. Добавляем КПД 30% бензинового двигателя и еще некоторый коэффициент уменьшающий КПД за счет утрат во время выработки спирта из целлюлозы. Итого – КПД намного наименьший процента!

Биотопливо – это очень маленький КПД, удар по экологии (непонятно, что экология сумеет выдержать мировую потребность) и этически неухоженный ход ввиду долголетней продовольственной задачи. Капиталисты будут жечь пшеницу центнерами в собственных машинах, в то время, как миллионы мучаются от голода. Зато это отлично и не просит кардинальных технических решений (в всякую обыденную машину можно лить спирт с примесью бензина 8/1).

Биотопливо создают по всему миру. А именно, в Европе и в Рф. Но фаворитами являются США и Бразилия, которые создают приблизительно по 45% мирового объема каждые. Такие объемы обоснованы тем, что они создают в главном не из био отходов, как это делается в Европе, а из специально выращенной кукурузы (в Бразилии – сладкого тростника).

Последующий источник энергии – энергия ветра. Интенсивно употребляется на данный момент, но толика этой энергии достаточно мала. К недочетам можно отнести относительно низкую мощность (да, вобщем, как и у всех других источников), что просит огромных территорий, также подходящий для этого ландшафт, шумовое загрязнение и сезонность.

Ветроэнергетика хороша тем, что в промышленном масштабе изготовляется оборудование, при чем как большой (масштаба электрических станций), так и малой (на один дом) мощности.

Гидроэлектростанции. Один из самых комфортных восполняемых источников энергии – фактически отсутствует сезонность, экологичен, если не считать смены локального климата в границах водохранилища. Обрисовывать особо нечего, потому что достоинства явны.

Недочетом будет то, что не так много мест, где их можно выстроить. К тому же строительство ГЭС – очень дорогостоящее мероприятие, нередко требующая переноса целых населенных пт, но овчина выделки стоит. В Рф толика гидроэнергии — 19%, что является неплохим показателем.

Энергия приливов. Фактически, по методу работы очень припоминает обыденную ГЭС, только отток воды цикличен, два раза в день. Энергию можно получать как на приливе, так и отливе. Недочет в том, что огромные приливы и отливы происходят лишь на низких широтах и снутри больших полузамкнутых бухт.

Энергия волн. Относительно новый источник энергии, сводится к тому, что энергию получают от хаотического колебания волн. Волнение практически никогда не прекращается в океане и это дает практически неограниченный ресурс. Энергии волн полностью хватило бы на то, чтоб покрыть мировое ее потребление.

Геотермальная энергия. На данный момент употребляют только вершину этого огромного айсберга. В главном внедрение сводится к тому, что электрическая станция (либо паровое отопление) впрямую подключаются к геотермальным источникам.

Но, не все так просто. Все знают, что если копать вниз, то понизу Земля будет очень и очень жгучая. Но не достаточно кто думает, как стремительно это произойдет. Температура вырастает на 10-30 градусов на километр глубины (градиент может очень отличатся от местности, также глубины, предпосылки до сего времени слабо исследованы).

В Испании работает экспериментальная электрическая станция на таковой термальной энергии, где гейзеры, казалось бы, не выходят на поверхность, глубина скважины — 3 км, температура пара — 150 градусов.

Ядерная энергия. Хотя это и невосполняемый источник энергии, припас ядерного горючего намного больший, чем припас нефти. Сейчас это очень развитая ветвь. Толика ядерной энергетики в особенности велика в продвинутых странах, в особенности бедных топливными ресурсами.

Фаворитом производства является США, Наша родина – на четвертом месте. По доле выработанной энергии – Франция, у нее толика ядерной энергии составляет аж 74%, она же занимает 2-ое место по абсолютной выработке.

По процентной доле ядерной энергии Украина находится аж на 4-м месте. Четыре ядерных электростанции вырабатывают практически половину всей электроэнергии страны.

Долгие и длительные годы идут дебаты о безопасности ядерной энергии. Ведь на самом деле ядерная реакция – это баланс на острие ножика. С другой стороны — реакторы повсевременно совершенствуются, но если подключить статистику, то итог на лицо — за какие-то 50 лет на земном шаре появилось несколько точек на несколько сотен лет грязные радиацией.

Термоядерная энергия. На самом деле – это невосполняемый источник энергии, но с учетом ресурсов – источник этот фактически неисчерпаемый.

Сущность термоядерного синтеза достаточно ординарна – тритий + дейтерий = гелий + нейтрон + энергия.
Дейтерий (атом водорода с дополнительным нейтроном) всегда содержится в каком-то количестве воды, а тритий (водород с 2-мя нейтронами) можно получить из лития.

Чтоб реакция пошла, необходимо столкнуть атомы на расстояния, близкие к размерам самого ядра. Сталкивать атомы можно, просто их нагревая. Для термоядерной реакции температура нужна… в 100 млн градусов. Разумеется, что ни один термоматериал не выдержит таковой температуры, потому употребляют удержание плазмы магнитным полем. Хотя термоядерная реакция была получена еще в 60-х годах, но она не была устойчивой, также энергозатраты были выше, чем приобретенные в процессе реакции.

Сейчас ядерный синтез является вкусным кусочком для хоть какой страны. Энтузиазм к ней, на мой взор, обоснован тем, что увеличивать мощности производства электроэнергии можно будет фактически неограниченно. К тому же, за счет трудности производства, можно будет длительное время оставаться монополистом в сфере.

Прохладный термояд. Беря во внимание трудности термический схемы термоядерной реакции, параллельно делаются пробы провести синтез другим методом. Схем было предложено несколько, но сейчас они все пахнут алхимией.

Мне, как лазерщику по образованию, кажется непонятным провести ядерный синтез в рамках хим реакции, т.к. хим реакция – это физика атомных оболочек. Диапазоны их низкоэнергетичны и размазаны, в то время, как ядерный синтез просит взаимодействия на ядерном уровне, а это совершенно другие уровни энергии.

А сейчас перейдем к солнечной энергетике. Как я уже писал выше – количество этой энергии колоссально, но плотность солнечной энергии не так и высока – на земной орбите 1.4 кВт/кв. м, а на экваторе у поверхности земли – 1 кВт/кв.м.

Для практических рассчетов возьмем маленькую страну прямо в вакууме центра Европы. Имеется ввиду не Украинский центр Европы в Карпатах, и не Латвия, и даже не Польша, а, если уже додумались, идет речь о Белоруссии.

Со времен СССР тут остался сборочный цех тяжеленной индустрии. И хотя такие скрытые точки, как Житковичский Моторостроительный Завод, больше не выпускает комплектующие для русских истребителей, а перепрофилировались на создание санок и масляных насосов, но большая часть заводов удачно сохранилось – МАЗы, Белазы и остальные азы, химзаводы и БМЗ, калийный комбинат и прочее и прочее, все это просит огромных энергоресурсов. В это время, собственного нефтяного месторождения под Мозырем очевидно недостаточно, чтоб покрыть все потребности.

Но в Беларуси нет не только лишь нефти – быстрый муссон тут не свищет, обдувая Полесские болота, в земле не спрятан уран, а до наиблежайшего прилива необходимо ехать в Украину. Реки тут есть, и довольно многоводные, но для электростанции нет достаточного перепада высот, в Беларуси вообщем нет перепадов высот. Но все мы живем под Солнцем, а означает у всех есть доступ к его энергии.

Для Беларуси среднегодовая плотность, с учетом погодных критерий и конфигурации угла наклона в течении суток, – 200-300 Вт/кв.м. Но КПД солнечных батарей кое-где порядка 10%, т.е. получаем 20-30 Вт/кв.м
При потребности страны в 3 500 000 кВт энергии, получим площадь полей в 170 кв. км. Пусть на различные неучтенные утраты мы увеличим нужную площадь в 5 раз. Получаем поле размером 30×30 км. Да это в 2.5 раза меньше, чем зона загрязнения после Чернобыльской аварии (я имею ввиду только местность Припятского радиологического заповедника)!

Потенциал есть, но что с реализацией? Реализация пока туманна – стандартная неувязка с аккумулированием, что на сегодня решается гидроаккумулирующими электрическими станциями либо созданием водорода. Но главное — стоимость – цена солнечной электроэнергии на данный момент просто дороже, чем если ее брать у страны экспортера. Но, годом ранее появилась новость, что солнечная энергия сравнялась со ценой ядерной. Но это только полуправда, так предполагались установки дополнительной подпитки, устанавливаемых на зданиях. Настоящая система с промежным аккумулированием по прежнему будет дороже.

Все же, основной вклад в цена заносит сама солнечная батарея. Высочайшая цена солнечных батарей обоснована тем, что их создают приблизительно по тому же техпроцессу, что и другие полупроводниковые приборы, когда получают зонными плавками кристалл глубочайшей чистки, а уже из него изготавливают солнечные элементы.

Сейчас уже есть экспериментальные солнечные элементы, приобретенные способом вакуумного напыления. Их КПД будет ниже, но зато стоить они будут намного меньше. И совершенно экзотика – алмазное напыление в качестве полупроводника.

Резюме статьи такое – сейчас существует огромное количество альтернатив традиционным источникам энергии, эти источники энергии в перспективе могут покрыть все потребности населения земли, но потому что их внедрение экономически наименее прибыльно, то их толика остается маленькой. Все же страны, хотя и вяло, но все таки развивают и улучшают эти отрасли, чтоб к моменту исчерпания источников нефти и газа, повстречать его во всеоружии.

P.S. Численные данные были взяты отчасти — из википедии, отчасти — из лекций на кафедре энергофизики БГУ, по памяти. Сравнительные вычисления проводились создателем на основании этих данных.