Куликова Л.В. "Основы использования возобновляемых источников энергии"

1.1. ВВЕДЕНИЕ


Для начала необходимо дать представление о всем спектре источников энергии, которые можно использовать в современном народном хозяйстве. Рассмотрим такие источники энергии, как ветер, вода, солнечное излучение. Хотя мощность энергетических установок, работающих на возобновляемой энергии, колеблется от сотен ватт до мегаватт, в любом случае, анализируя возможность таких установок, следует ответить на три основных вопроса.
      1. Чему равны энергоресурсы потенциальных источников возобновляемой энергии?
      2. Для каких целей можно использовать производимую энергию?
      3. Чему равна стоимость этой энергии по сравнению с энергией от других источников?

Первые два вопроса описаны в данном отчете. Последний вопрос - важнейший для потребителей энергии и в конечном счете является решающим при практическом использовании возобновляемых энергоресурсов необходимо рассматривать в каждом конкретном случае. Очень важно осознать, что экономически оправданная эксплуатация возобновляемых источников энергий возможна при выполнении двух следующих условий.
      1. Четко поняты и использованы принципиальные преимущества таких источников энергии.
      2. Максимально эффективен весь процесс преобразования возобновляемой энергии в энергоустановках благодаря максимизации экономических и социальных показателей.

Когда эти условия выполнены, можно проводить сравнительные стоимостные расчеты применительно к конкретной установке и делать экономические оценки. Невыполнение первого условия приводит, как правило, к технически несовершенным решениям и как следствие - к низким экономическим показателям. Отчасти это связано с теми большими различиями в методах решения задач, которые используются в энергетике на возобновляемых ресурсах, с одной стороны, и в традиционной (ТЭС, ГЭС, АЭС) энергетике, с другой.

Рассмотрим простейшую модель, описывающую потребности общества в энергии для хозяйственных и бытовых целей:
      R = E N        (1.1)
Здесь R - годовая потребность в энергии некоторого коллектива из N человек; Е - средние затраты энергии на одного человека в год, связанные с производством питания, промышленной продукции и т. д. Уровень жизни, зависящий, очевидно, от Е, но очень сложным образом, можно приближенно оценивать значением национального дохода на душу населения S, связанного с Е соотношением
      S = f E        (1.2)
Коэффициент f- нелинейная функция многих параметров. Его можно рассматривать как эффективность использования энергии для производства жизненных благ, поэтому желательно, чтобы он был максимально большим. Очевидно, что любые непроизводительные расходы энергии уменьшают этот коэффициент. Подставляя Е из (1.2) и (1.1), получаем
      R = S N / f        (1.3)

Население Земного шара в настоящее время составляет более 5 млрд. человек и возрастает примерно на 2-3% в год. Во многих странах острота проблемы роста населения несколько снижена высокой детской смертностью и низкой продолжительностью жизни. Среднее на душу населения потребление мощности составляет примерно 0,8 кВт, но национальные различия в уровне потребляемой энергии очень велики - от 10 кВт в США и 4 кВт в странах Европы до 0,1 кВт в Центральной Африке. Средние темпы роста национального дохода в странах современного мира равны 2-5% в год. При таких темпах роста ежегодное потребление энергии с учетом роста населения, как следует из (1.3), должно возрастать (при постоянном значении коэффициента f) на 4-8%. Такой прирост производства энергии трудно обеспечить без использования новых источников энергии, так как при возрастающей потребности в энергии запасы топлива истощаются.

Независимо от отношения к атомной энергетике программы всех стран содержат, как правило, два основных пункта, направленных на улучшение обеспечения энергией:
      1) развитие энергетики на возобновляемых источниках;
      2) повышение эффективности использования энергии. Возобновляемые источники энергии можно использовать как в слаборазвитых регионах Земли, так и в промышленно развитых странах.

Оценим грубо потенциальные возможности источников энергии, предполагая, что при рациональном ее использовании для создания комфортных условий жизни требуется в среднем 2 кВт на человека. С каждого квадратного метра земной поверхности можно получать, используя различные источники возобновляемой энергии, в среднем 500 Вт мощности. Если считать, что эффективность преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего 4%, то для мощности 2 кВт требуется площадь 100 м2. Средняя плотность населения в городах с учетом пригородной зоны - примерно 500 человек на 1 км2. Для обеспечения их энергией из расчета 2 кВт на человека необходимо с 1 км2 снимать 1000 кВт, т. е. достаточно всего 5% занимаемой ими площади. Таким образом, возобновляемые источники энергии могут вполне обеспечить удовлетворительный уровень жизни, если будут найдены приемлемые по стоимости методы ее преобразования.

1.2. Основные понятия и определения


Определения. Все источники энергии можно разделить на два класса.
      1. Возобновляемые источники энергии - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Типичный пример такого .источника - солнечное излучение с характерным периодом повторения 24 ч. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, не являющейся следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком.
      2. Невозобновляемые источники энергии - это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников в отличие от возобновляемых находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека. Вместо не совсем удобного термина "невозобновляемый" мы часто будем использовать термин "истощаемый".

Источники энергии. Существует пять основных источников энергии:
            1) солнечное излучение;
            2) движение и притяжение Солнца, Луны и Земли;
            3) тепловая энергия ядра Земли, а также химических реакций и радиоактивного распада в. ее недрах;
            4) ядерные реакции;
            5) химические реакции различных веществ.

Энергия вокруг нас. Окружающее нас пространство непрерывно пронизывается потоками энергии от различных источников. Например, полный поток солнечного излучения, падающего на Землю, равен 1,2*1017 Вт, т. е. на одного человека приходится около 30 МВт, что равно мощности крупных дизель - электрогенераторов. Максимальная плотность потока солнечного излучения на Земле достигает 1 кВт/м2.

От источников энергии к потребителям. Все энергетические системы можно представить в виде электрической цепи, по которой энергия различных источников передается потребителю и в которой она преобразуется в удобную для него форму.

Принципы планирования энергетики. При планировании энергетики следует придерживаться следующих принципов.

1. Совершенная энергетическая система должна наиболее полно учитывать особенности источников энергии и ее потребителей. К сожалению, о потребителе часто забывают, и поэтому оказываются плохо увязанными его потребности и возможности источников энергии. Это приводит к неэкономному расходованию энергии и ее потерям. Например, если большая часть энергии в быту расходуется на отопление и нагрев воды, то, наверное, неразумно использовать для этих целей электроэнергию тепловых электростанций, теряя очень много тепла при выработке электроэнергии, чтобы затем снова превратить ее в тепло. В этом случае более экономичным может оказаться непосредственное снабжение потребителя теплом. На этом основан принцип комбинированного энергоснабжения, реализуемый, например, на ТЭЦ.

2. Расчеты, использующие эффективность или коэффициент полезного действия энергетической системы, наиболее полно раскрывают ее возможности и позволяют избежать ненужных потерь энергии. Под эффективностью или КПД системы здесь понимается отношение полезной энергии на выходе системы ко всей энергии, затраченной на ее производство. Рассмотрим это на примере энергетической системы, в которой электроэнергия тепловой электростанции используется только для освещения, Эффективность или КПД различных этапов преобразования энергии топлива в энергию видимого излучения осветительных ламп можно оценить так: производство электроэнергии-30%, передача и распределение электроэнергии-90%, преобразование электроэнергии в излучение видимого диапазона-5%. В результате полный КПД 1,4%. Если же для освещения использовать энергию ТЭЦ, вырабатывающую электроэнергию и тепло (КПД~80%), и экономичные современные осветительные лампы (КПД~20%), то полный КПД составит 14%, т. е. в 10 раз выше. Экономически более совершенная энергетическая система будет, как правило, более выгодной, несмотря на удельные капитальные затраты, вследствие меньшего топлива и большего срока службы оборудования, особенно электроламп.

3. Повышение эффективности энергосистемы и экономических показателей ее работы во многом зависит от искусства управления ею. Ни при каком источнике энергия не достается даром, и на практике энергия возобновляемых источников обычно гораздо дороже, чем принято считать, поэтому никогда не могут быть оправданы бесполезные ее затраты.

1.3. Научные принципы использования возобновляемых источников энергии


Из приведенных выше определений возобновляемых и истощаемых источников энергии видно принципиальное различие между ними, поэтому эффективно использовать возобновляемые источники энергии можно только на основе научно разработанных принципов использования этой энергии.

Анализ возобновляемых энергоресурсов. Очень важно усвоить, что в окружающем нас пространстве всегда существуют потоки возобновляемой энергии и энергетика на возобновляемых источниках энергии должна ориентироваться только на эти уже существующие энергоресурсы, а не ставить себе целью создание новых. Таким образом, прежде чем развивать энергетику на возобновляемых источниках, необходимо точно определить их мощность. Это требует регулярных и длительных наблюдений и анализа параметров этих источников.

Временные характеристики возобновляемых источников энергии. Потребности в энергии, как правило, не постоянны во времени. Например, потребность в электроэнергии максимальна в утренние и вечерние часы и минимальна в ночное время. Традиционные тепловые электростанции могут подстраиваться под эти колебания спроса на энергию, регулируя расход топлива. При использовании же возобновляемых источников энергии колеблется не только спрос на энергию, но и мощность этих источников, поэтому работающие на этих источниках энергоустановки должны учитывать оба эти фактора, которые часто противоречат друг другу.

Качество источника энергии. О качестве источников энергии говорят часто, но, как правило, не поясняют, что же это такое. Мы под качеством источника энергии будем понимать долю энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу. Например, электроэнергия обладает высоким качеством, так как с помощью электродвигателя более 95% ее можно превратить в механическую работу. Качество тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива на традиционных тепловых электростанциях, довольно низкое, потому что только около 30% теплотворной способности топлива превращается в конечном счете в механическую работу. По этому признаку возобновляемые источники энергии можно разделить на три группы.

1. Источники механической энергии, как, например, гидро-ветро-источники, волновые и приливные. В целом качество этих источников энергии высокое, и они обычно используются для производства электроэнергии. Качество ветровой энергии - обычно порядка 30%, гидроэнергии-60%, волновой и приливной-75%.

2. Тепловыми возобновляемыми источниками энергии являются, например, биотопливо и тепловая энергия солнца. Максимальная доля тепла таких источников, которая может быть превращена в механическую работу, определяется вторым законом термодинамики. На практике превратить в работу удается примерно половину тепла, допускаемого вторым законом. Для современных паровых турбин эта величина (качество тепловой энергии) не превышает 35%.

3. Источники энергии на основе фотонных процессов, к которым относятся источники, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления. Например, с помощью фотоэлектрических преобразователей солнечное излучение определенной частоты можно с высокой эффективностью преобразовать в механическую работу. Добиться высокой эффективности преобразования энергии во всем спектре солнечного излучения очень трудно, и на практике КПД фотопреобразователей, равный 15%, считается хорошим.

Рассеянная энергия или энергия низкой плотности. Возобновляемые и истощаемые источники энергии очень сильно различаются по характерной для них начальной плотности потоков энергии. Для возобновляемых источников энергии эта величина - порядка 1 кВт/м2 (например, плотность потока энергии солнечного излучения, ветра при скорости около 10 м/с), для невозобновляемых источников она на несколько порядков выше. Например, тепловая нагрузка в трубах паровых котлов - порядка 100 кВт/м2, а в теплообменниках ядерных реакторов- несколько мегаватт на 1 м2. Потребители энергии, за редким исключением, используют у себя гораздо меньшие плотности потоков энергии.

Из-за большого различия плотностей потоков энергии в энергоустановках на невозобновляемых и возобновляемых источниках первые эффективны при большой единичной мощности установки, но при этом распределение энергии среди потребителей требует больших затрат, вторые же эффективнее при небольшой единичной мощности, но большие затраты требуются уже для повышения мощности за счет объединения таких установок в единую энергосистему.

Использование возобновляемых энергоресурсов, как показала практика, ускоряет экономическое развитие сельских районов, и, вообще, эта энергетика в силу своей специфики соответствует сельскому укладу жизни, а не городскому.

Комплексный подход в планировании энергетики на возобновляемых ресурсах. Возобновляемые источники энергии являются неотъемлемой частью окружающей нас среды, и их изучение не может ограничиваться рамками какой-то одной научной дисциплины, скажем, физики или электротехники. Часто рамки исследований охватывают область от промышленной биотехнологии до электроники и процессов управления.

Определяющая роль конкретной ситуации. Ни один источник возобновляемой энергии не является универсальным, подходящим для использования в любой ситуации. Это всегда определяется конкретными природными условиями и потребностями общества, т. е. конкретной ситуацией. Поэтому для эффективного планирования энергетики на возобновляемых ресурсах необходимы, во-первых, систематические исследования окружающей среды, аналогичные геологическим исследованиям при поиске нефти, во-вторых, изучение потребностей конкретного региона в энергии для промышленного, сельскохозяйственного производства и для бытовых нужд. В частности, необходимо знать структуру потребителей энергии, чтобы выбирать наиболее экономичный источник энергии. В этом отношении энергетика на возобновляемых ресурсах подобна сельскохозяйственному производству, в котором рентабельность возделывания той или иной культуры зависит от качества почвы, природных условий и рыночного спроса на нее. Отсюда вытекает такой вывод:
- невозможно предложить простой и универсальный метод планирования энергетики на возобновляемых источниках ни в международном масштабе, ни в рамках одной страны. Характерный размер района, в рамках которого разумно планировать энергетику на возобновляемых источниках,- порядка 250 кв. км. К сожалению, современное урбанизированное и индустриализированное общество плохо приспособлено к такому многовариантному использованию возобновляемой энергии.

1.4. Технические проблемы использования возобновляемых источников энергии


Мониторинг окружающей среды. В основе решения об использовании возобновляемых источников энергии обычно лежат результаты многолетних наблюдений (мониторинга) за состоянием окружающей среды в данном районе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической системы. Частично такую информацию содержат результаты метеорологических наблюдений, но, к сожалению, расположение метеостанций очень часто не совпадает с местом предполагаемого размещения энергоустановок и методы регистрации и анализа метеоданных не полностью соответствуют рассматриваемой задаче. Тем не менее, данные метеостанций могут служить базой для проведения сравнительного анализа с результатами целевого мониторинга. Так, например, сравнивая результаты измерения скорости ветра в течение нескольких месяцев в месте предполагаемого размещения ветроустановки с данными ближайшей метеостанции, можно, опираясь на метеоданные за более длительный период, экстраполировать и результаты мониторинга скорости ветра.

Значительно сложнее проводить оценку возобновляемых источников энергии, в основу которой не могут быть положены стандартные метеоданные. В этом случае необходимы специальные методы измерений и соответствующие приборы, что требует значительных людских и материальных ресурсов. К счастью, опираясь только на данные метеорологии, сельскохозяйственных наук и науки о море, можно и в этом случае получить большую часть необходимой информации.

Потребители энергии и их характеристики. Производству энергии всегда должно предшествовать всестороннее изучение потребности в ней. Так как производство энергии всегда недешево и сопряжено с нежелательным воздействием на окружающую среду, очень важно расходовать ее эффективно и экономично.

В электросетях потребитель энергии называется нагрузкой, и от ее характеристик во многом зависит выбор используемого источника электроэнергии. Вкладывая средства в развитие энергетики, следует помнить, что повышать эффективность и экономичность потребителей, как правило, выгоднее, чем увеличивать производство энергии.

Больше всего энергии расходуется на транспорте и для производства тепла. Эти потребители обладают, как правило, различными накопителями (аккумуляторами) энергии, поэтому включение их в энергетическую систему может существенно повысить ее эффективность.

Согласование источников энергии и потребителей. После анализа характеристик потребителей и потенциальных источников возобновляемой энергии необходимо согласовать их друг с другом. Согласование предполагает выполнение следующих условий.

1. Энергоустановка должна максимально эффективно использовать возобновляемую энергию. Сопротивления Г, Д и Е потоку энергии (рис. 1.1, а) должны быть минимальны. В этом случае будут сведены к минимуму энергетическое оборудование и его размеры.

2. Использование систем управления с отрицательной обратной связью между потребителем и источником энергии невыгодно, так как приходится сбрасывать в окружающую среду часть выработанной преобразователем энергии (рис. 1.1, б). Такое регулирование оправдано только в случае крайней необходимости или когда удовлетворены все возможные потребители энергии. Следует заметить, что неэффективность принципа регулирования с обратной связью в энергетических установках на возобновляемой энергии является следствием постоянного существования в окружающем пространстве потоков этой энергии. Для невозобновляемого источника энергии регулирование с обратной связью выгодно, так как уменьшает его расход.

3. Как отмечалось выше, спрос на энергию никогда не колеблется, точно так же как ее производство энергоустановками на возобновляемой энергии. Согласовать спрос и предложение, не завышая при этом мощность энергоустановки, можно только, включив в энергосистему накопители энергии (рис 1.1, в). Хорошие накопители энергии дороги, особенно если разрабатывать их приходится для уже действующей энергосистемы.

4. Если согласовать энергоустановку на возобновляемой энергии с потребителями очень сложно, от решения этой задачи отказываются (рис.1.1, г). В этом случае эту установку подключают к более крупной и универсальной по составу источников энергии системе. Если такие системы имеют накопители энергии (например, гидравлические или тепловые), их эффективность повышается и становится возможным увеличить в них долю установок на возобновляемой энергии.

5. Наиболее эффективная схема использования энергии возобновляемых источников показана на рис. 1.1, д. При такой схеме к источнику энергии подключаются в каждый момент столько потребителей, чтобы суммарная нагрузка соответствовала текущей мощности источника. При этом отдельные потребители могут в свою очередь иметь накопители энергии или подстраиваться под изменяющиеся параметры источника. В таких схемах используется регулирование с прямой связью.

Методы управления. Для согласования источников энергии с потребителями используются различные методы управления. Из изложенного выше следует, что в энергосистемах с возобновляемыми источниками энергии можно использовать три метода управления, основанные на сбросе излишков энергии, аккумулировании энергии и изменении нагрузки. Эти методы могут быть реализованы различными способами применительно ко всей энергосистеме или ее частям и иллюстрируются такими примерами (рис. 1.2).

1. Система со сбросом излишков энергии. Потоки энергии возобновляемых источников существуют постоянно, и если их не использовать, они будут безвозвратно потеряны. Тем не менее метод управления, основанный на сбросе части этой энергии, может оказаться самым простым и дешевым. Такой метод управления используется, например, на гидроэлектростанциях (рис. 1.2, а), в системах обогрева зданий солнечным излучением с управляемыми заслонками, в ветроколесах с изменяемым шагом.

2. Системы с накопителями (аккумуляторами) энергии. Накопители могут аккумулировать энергию возобновляемых источников как в ее исходном, непреобразованном виде, так и в преобразованном, после энергоустановки. В первом случае управление запасами возобновляемой энергии такое же, как и запасами невозобновляемой энергии. Основной недостаток систем регулирования с такими накопителями - их относительно высокая стоимость, сложность использования в небольших энергоустановках и при реализации дистанционного управления.

Например, водохранилище, показанное на рис. 1.2, б, сооружается, как правило, на гидростанциях мощностью не менее 10 МВт. Механические же системы регулирования расхода воды становятся чрезмерно громоздкими и дорогими на станциях мощностью более 10 кВт. Недостатком водохранилищ является также ущерб, наносимый ими окружающей среде. В качестве накопителей преобразованной энергии можно использовать аккумуляторные батареи, электролизные установки и т. д. Такие накопители особенно выгодны на небольших энергоустановках. Тепловые накопители в настоящее время уже устарели.

3. Системы с регулированием нагрузки. Такие системы поддерживают соответствие между спросом и предложением энергии за счет включения и выключения необходимого числа потребителей. Схема небольшого регулятора такого типа для бытового электроснабжения показана на рис. 1.2, в. Такое регулирование может применяться в любых системах, но наиболее выгодно оно при наличии большого числа разнородных потребителей. Его преимущество при использовании в энергосистемах с возобновляемыми источниками энергии заключается в следующем:

1) подключение или отключение потребителей в соответствии с располагаемой мощностью источника позволяет избегать потерь возобновляемой энергии;

2) в многоканальной системе регулирования могут учитываться потребности различных потребителей и их приоритеты, при этом, например, потребители с низким приоритетом, которые отключаются первыми, могут снабжаться энергией по низкой цене или, например, нагревательные установки могут питаться непостоянным по величине напряжением;

3) потребители, сами обладающие определенным аккумулирующим свойством (водогрейные баки, кондиционеры), могут с выгодой использовать это свое свойство, отключаясь в те периоды времени, когда энергия дорогая;

4) в таких системах регулирования можно использовать надежные, точные, малоинерционные и недорогие электронные и микропроцессорные устройства. Регуляторы нагрузки с прямой связью особенно удобны для применения на автономных ветроэнергетических установках. Скорость ветра может колебаться очень сильно, и для поддержания максимальной мощности ветроустановки необходимо регулировать частоту вращения ветроколеса. Электронные регуляторы нагрузки с прямой связью в отличие от механических регуляторов позволяют наиболее просто и дешево решать эту задачу. Схема такого регулирования показана на рис. 1.3.

1.4. Социально-экономические последствия развития энергетики на возобновляемых источниках энергии


В настоящее время очень сильно изменились социальные условия и образ жизни людей. Определяющую роль в этом процессе сыграло развитие энергетики. Однако, для сохранности окружающей среды необходимо использовать экологически чистые источники энергии, а это осуществимо при широком использовании источников возобновляемой энергии. Современный уровень науки и технологии позволяет коренным образом усовершенствовать методы использования энергии и на этой основе поднять жизненный уровень, особенно в сельских районах. Невозможно предсказать последствия широкого использования возобновляемой энергии, но очевидно, что основное их свойство - неистощаемость - обещает большую стабильность энергетики, чем это возможно при использовании традиционных топливных ресурсов, особенно нефти. Большие различия в источниках возобновляемой энергии повлекут, наверное, такое же разнообразие социально-экономических последствии.

Рассредоточение населения. Как отмечалось, что потоки возобновляемой энергии имеют низкую плотность, и рассеяны в пространстве. Концентрировать ее сложно и дорого. В противоположность ей концентрация невозобновляемой энергии высока и необходимы средства для ее распределения. Так, например, тепловая или атомная электростанция имеет мощность порядка 1000 МВт, и от нее во все стороны расходятся линии электропередачи, снабжающие энергией промышленные объекты. Энергоемкие производства размещаются, как правило, вблизи электростанций. Динамика численности населения в промышленных районах обычно определяется потребностями производства в рабочей силе. Здесь такая же связь, как между добычей угля и производством стали, перегонкой нефти и разработкой необходимого для этого оборудования, наличием источников газа и развитием городов.

При таком сугубо материалистическом анализе последствий широкого использования возобновляемой энергии следует заключить, что оно будет способствовать в большей степени рассредоточению населения и общественной жизни, чем их концентрации. Приведенная выше верхняя оценка плотности населения в обществе, использующем только возобновляемые энергоресурсы, составляет примерно 500 чел/км2. Такая плотность, значительно превышающая плотность населения сельских районов, характерна для большинства небольших административных центров и промышленных городов. Таким образом, постоянный рост в энергетике доли возобновляемой энергии позволит избежать чрезмерной концентрации населения и образования новых мегаполисов. При разумном и экономном использовании имеющихся в настоящее время запасов топлива времени для разворачивания энергетики на возобновляемых источниках вполне достаточно.

Воздействие на окружающую среду. Энергетика на возобновляемых источниках использует потоки энергии, уже существующие в окружающем пространстве (см. рис. 1.1). В силу этого тепловое загрязнение окружающей среды, обусловленное сбросом в нее какой-то части преобразованной энергии, незначительно. По этой же причине незначительны и другие виды загрязнения воздуха и воды, а также объемы отходов. В экологическом отношении энергия возобновляемых источников имеет преимущество перед обычным топливом или атомной энергией. Исключением является загрязняющая воздух несовершенная технология сжигания древесины.

Похоже, что основным с экологической стороны недостатком энергоустановок на возобновляемых источниках является нарушение ими естественного ландшафта. Это неизбежно для установок, работа которых основана на использовании потоков энергии, циркулирующих в окружающем пространстве, т. е. когда окружающая среда является необходимым элементом процесса преобразования энергии. Наиболее сильно этот недостаток проявляется у крупных установок. Например, мощные гидростанции сооружаются там, где легче образовать водохранилище, т. е. в живописной горной или холмистой местности, и эта уникальная красота, естественно, нарушается. Еще более тяжелыми могут быть последствия при сооружении водохранилищ на равнинных реках с помощью дамб. Это может привести к эрозии почвы, ухудшению ее качества и в результате - к нарушению нормального земледелия. Таких последствий, конечно, надо всячески избегать, а для этого не следует, наверное, стремиться к сооружению слишком мощных энергетических установок на возобновляемых источниках энергии.

Долговременные последствия. Физическая природа используемых источников энергии во многом предопределяет и направление развития технологии и общества в целом. Использование возобновляемых источников энергии ставит нас и нашу деятельность в гораздо большую зависимость от окружающей среды, чем использование обычного и ядерного топлива. Ориентация на опережающее развитие энергетики на возобновляемых источниках требует значительных расходов на развитие соответствующих этой энергетике предприятий и технологий, а также определенных изменений в области образования, планирования, финансирования, производства. Конечной целью должно быть воспитание общества в духе большого понимания своей связи с окружающей средой. Так как значительная часть потребляемой обществом энергии расходуется в жилых и служебных помещениях, широкое использование возобновляемой энергии, в частности солнечной, приведет к существенным изменениям в архитектурном облике зданий. Например, в районах с холодным и умеренным климатом рационально создавать застекленные оранжереи вдоль стен зданий, обращенных к солнцу, так как стекло хорошо пропускает тепловое излучение солнца. Естественно, что это повлияет как на облик зданий, так и на стиль жизни.

Определенные изменения произойдут и в области образования и научных исследований. При изучении физики, например, резко возрастет значение таких ее разделов, как теплоперенос, механика, оптика и гидродинамика. Совершенствование методов наблюдения за окружающей средой потребует дальнейшего развития методов измерений и приборостроения. Такие изменения в курсах физики дадут учащимся возможность весьма плодотворно использовать свои знания в дальнейшей практической работе.

Подобные изменения затронут химию, биологию и некоторые другие прикладные науки. Можно надеяться, что все эти изменения разорвут тесную связь науки, особенно физики, с военной промышленностью. Многие физики испытывают чувство вины за то, что развитие ядерной физики привело к созданию ядерного оружия. Мы надеемся, что широкое использование возобновляемой энергии также вызовет большие перемены в мире, но эти перемены будут на пользу всему человечеству.



Вверх




Назад     К оглавлению     Далее