Возобновляемые энергетические ресурсы

Возобновляемые источники энергии характеризуются тем, что их аб­солютная величина очень большая, а плотность потока энергии мала и не по­стоянна.

Гидроэнергетические ресур сы на Земле оцениваются величиной примерно , из которых только около 25% по техническим и эко­номическим условиям оказываются пригодными для использования. Эта величина примерно в 2 раза превышает современный уровень ежегодной вы­работки электроэнергии всеми электростанциями мира.

Солнечная энергия является одним из тех видов энергии, кото­рые от­но­сятся к возобновляемым источникам энергии, т.е. к тем, ресурсы ко­торых не уменьшаются в зависимости от использования их человеком. Из них сол­неч­ная радиация - самый большой источник возобновляемой энергии. В те­чение года на Землю в виде лучистой энергии передаётся около

Недра Солнца обладают высоким давлением и огромными темпера­ту­рами (15-20 млн. ⁰С) - достаточной для постоянного синтеза водо­рода в ге­лий, т.е. для термоядерной реакции, которая и является источником колос­сальных энергетических потоков, выпускаемых Солнцем в виде элек­тро­маг­нитного излучения. Из 100% падающего на Землю излучения 34% не­по­сред­ственно отражается в мировое пространство, около 19% поглощается в атмо­сфере и 47% достигает поверхности Земли, что составляет энергии и превосходит примерно в 100 раз все возможные суммарные рас­ходы энергии на нужды человечества в год (2000 г). Основные проблемы использования этой энергии - рассредоточенность и дискретность по­ступления энергии по часам суток, временам года, географическим поясам.

В наиболее благоприятных районах пиковая удельная мощность сол­неч­ного излучения на поверхности Земли равна 1 кВт/м², в то время как средняя - 0,25кВт/м².Поэтому на энергетических системах, использующих солнечную энергию, должны устанавливаться специальные устройства, ко­торые аккумулировали бы солнечную энергию в период излучения высокой интенсивности и могли бы включаться в систему в ночное время или при слишком малом солнечном излучении.

Геотермальная энергия. Глубинные слои Земли, по современ­ным представлениям, сильно разо­греты (ядро Земли, по-видимому, имеет темпе­ратуру до 5000 градусов Цель­сия), и поэтому их "твёрдость" относи­тельна. Установлено, что с увеличением глубины земных слоёв темпера­тура повы­шается и в центре Земли достигает ~ 5000 градусов. Такое повы­шение тем­пературы с ростом глубины объясняется существованием теп­ло­вого потока, направленного от земного ядра к периферии "твёрдой" Земли, главная при­чина существования которого - продолжающееся выделе­ние те­пла в резуль­тате распада содержащихся в Земле радиоактивных эле­ментов.

Мощность этого потока от центра Земли к её периферии примерно в 4000 раза меньше мощности солнечной радиации, поступающей на Землю, но почти в 30 раз больше мощности всех электростанций мира. В зависимо­сти от теплопроводности пород земной коры, изменение температуры с глу­биной оказывается довольно значительным. Эта характеристика-изменение температуры на один километр глубины, называемая геотермическим гради­ентом, является важнейшей для определения потенциальной возможности геотермального источника. По значению геотермального градиента разли­чают: гипертермические районы > 80⁰/км; полутермические районы 40⁰-80⁰ /км и нормальные < 40⁰ /км.

Тепло, поступающее из недр на поверхность Земли, является рассеян­ным (в среднем 0,05 Вт на квадратный метр) и на климат Земли никак не влияет. Определяя запас геотермальной энергии (разумеется, условный), обычно имеют в виду количество тепла, которое может быть получено при охлажде­нии геотермального потока до температуры поверхности Земли на глубине не более 5-10 км. В таком случае запас геотермальной энергии со­ставляет около кДж, т.е. имеет тот же порядок величины, что и ресурс всех видов органического топлива на Земле, вместе взятых.

Энергия ветра. Различные уча­стки поверхности Земли нагреваются за счёт солнечной радиации до различ­ной температуры. Неравномерный нагрев имеют также и нижние слои атмо­сферы. В результате давление воздуха на одной и той же высоте неодина­ково, имеется горизонтальное распределение давления. Это приводит к пере­мещению больших масс воздуха, возникает ветер. Его скорость и направле­ние в большей или меньшей мере не одина­ковы. Ветер, имеющий скорость 5-8 м/с, считается умеренным, больше 14 м/с - сильным, 20-25 м/с - штормом, а свыше 30 м/с - ураганом. В некоторых случаях наблюдаются порывы ветра порядка 100 м/с.

В энергию ветра превращается около 2% поступающей на Землю сол­неч­ной радиации. Ветер - очень большой возобновляемый источник энер­гии. Его энергию можно использовать почти во всех районах Земли. Труд­ность, однако, заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и в его не­постоянстве.

Океаническая энергия. Известно, что запасы энергии в Миро­вом океане колоссальны. Так, тепло­вая (внутренняя) энергия, соответствую­щая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, ска­жем на 20 градусов, имеет величину порядка 10²⁶ Дж. Кинетическая энергия оке­анских течений оценивается ве­личиной порядка 10¹⁸ Дж.

К возобновляемым источникам энергии относится также энергия морских приливов. Морские приливы и отливы представляют собой, как из­вестно, периодические колебания уровня моря, вызываемые силами притя­жения Луны (главным образом) и Солнца.

Максимальные колебания уровня моря в различных точках Земли – различны. В некоторых местах у берегов изменение уровня моря достигает по­лутора десятков метров и даже более (например, в некоторых местах атлан­тического побережья Канады оно достигает 18 м). Общая мощность прили­вов всех морей и океанов Земли оценивается в 3 млрд. кВт.

Энергия морских волн. Морские волны порождаются ветром, их энергия опреде­ляется состоянием поверхности моря. Среднегодовая мощ­ность морских волн довольно велика и измеряется в большинстве случаев де­сятками кило­ватт на 1 м направления, перпендикулярного движению волны. Общеприня­той в настоящее время является точка зрения, что энергию волн целесообраз­нее использовать в открытом море, а не у берега, так как в по­следнем случае она снижается вследствие трения и обратной, в отношении движения волн, циркуляции воды.