Глава 1. Место, роль и влияние на общественные отношения возобновляемых источников энергии

1.1. Введение

Все источники энергии можно разбить на два типа – возобновляемые и невозобновляемые или, как их называют еще, истощаемые.

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически действующих в окружающей среде источников энергии. Характерный пример такого источника – это солнечное излучение. Возобновляемая энергия имеется в окружающей среде в таком виде, который не является следствием целенаправленной деятельности человека. Этот признак является самой главной отличительной особенностью этого вида энергии.

Невозобновляемые источники энергии – это природные запасы веществ или материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Сюда могут быть отнесены: ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников находится в природе в связанном состоянии и высвобождается в результате целенаправленных действий человека. Часто вместо термина “невозобновляемый” используют термин “истощаемый” источник энергии.

Назовем источники энергии:

1. солнечное излучение;

2. движение и притяжение Солнца, Луны и Земли;

3. тепловая энергия ядра Земли и энергия радиоактивного распада в ее недрах;

4. ядерные реакции;

5. химические реакции различных веществ.

Из перечисленных источников первые три являются возобновляемыми, а 4 и 5-й – истощаемыми. В табл. 1 показано сравнение характеристик энергосистем на возобновляемых и истощаемых источниках энергии [10].

Характерным примером здесь может служить солнечное излучение. Полный поток солнечного излучения, падающего на Землю равен 1,210¹⁷ Вт, т.е. на каждого человека Земли из 6 млрд, приходится около 20 МВт. Максимальная плотность потока солнечного излучения на Земле достигает 1 кВт/м².

Таблица 1

Сравнение характеристик энергосистем

на возобновляемых и истощаемых источниках энергии

Характеристики энергосистемы	На возобновляемых источниках энергии	На истощаемых источниках энергии
Примеры источника	Ветер, солнце, приливы	Уголь, нефть, газ, уран
Местонахождение	Окружающая природная среда	Сосредоточенные месторождения
Естественная форма существования	Потоки энергии	Потенциальная, связанная энергия
Начальная интенсивность	Низкая интенсивность, рас­сеянная энергия с плотностью 300 Вт/м^2 и меньше	Высокая интенсивность до 100 кВт/м^2 и выше
Стоимость электроэнергии или топлива	Бесплатно	Непрерывно возрастает (более 0.01 дол. США за 1 кВтч)
Стоимость оборудования	Высокая, примерно 2000 дол. за 1 кВт установленной мощности	Средняя, примерно 500 дол. за 1 кВт
Стабильность и управляемость	Стабильность выходной мощности низкая, лучший метод управления – управление нагрузкой с прямой связью	Стабильность высокая, лучший метод управления – управление расходом с обратной связью
Ограничения для использования	Особенности местных условий и спроса на энергию	Без ограничений
Размеры	Небольшие системы экономичны, в больших возникают трудности	Крупные системы обычно предпочтительнее
Научные основы использования источников	Широкий диапазон различных областей науки и техники, в том числе биологической и сельскохозяйственной науки	Узкий диапазон, в основном электроника и механика
Область применения	Сельскохозяйственное производство, транспорт	Промышленность
Безопасность эксплуатации	Во время работы есть опасные зоны, в выключенном состоянии –обычно безопасны	Без специальных мер защиты опасность высокая, особенно при холостом режиме

Окончание табл. 1

Характеристики энергосистемы	На возобновляемых источниках энергии	На истощаемых источниках энергии
Автономность	Самообеспечены источниками энергии	Зависят от поставок топлива
Влияние на окружающую среду	Обычно небольшое, особенно на небольших установках	Как правило, окружающая среда загрязняется, особенно воздух и вода
Эстетичность	Достаточно эстетичны, хотя возможны исключения	Эстетичны только сравнительно небольшие установки

Однако энергетика на возобновляемых источниках должна ориентироваться, прежде всего, на местные метеорологические, гидрологические и климатические условия, учитывая их особенности. Повышение эффективности энергосистемы и экономических показателей ее работы во многом зависят от искусства управления ею.

Эта глава посвящена общетеоретическим аспектам возобновляемых источников энергии. Но в последующих главах, ориентируясь на железнодорожный транспорт, мы будем уделять основное внимание наиболее универсальным источникам высвобождаемой энергии: солнечной и ветровой, гидроэнергии, энергии приливов, энергии волн.