Статья: Экономическая основа рационального природопользования

Рассмотрим подробнее два наиболее перспективных альтернативных возобновляемых источника энергии: солнце и ветер.

Солнечная энергия

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения.

Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м 2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км 2 ! Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1км 2, требует примерно 10 4 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17*10 9 тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*10 6 до 3*10 6 км 2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13*10 6 км 2.Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии.

Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт*год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

После изобретения в 1852 году полупроводникового фотогальванического элемента, неуклонно растет объем производства солнечных батарей. Они уже заменили традиционные элементы питания во многих мобильных приложениях, и сейчас претендуют на роль полноправного альтернативного источника энергии. Объем производства фотоэлементов в мире в 2000 году составил 288 мегаватт. Соответственно, снижается их стоимость, если в 70-х годах она составляла более 70 долл. за 1 ватт произведенной мощности, то сегодня - менее 3.5 долл. за 1 ватт [2].

Энергия ветра

Потенциал атмосферы можно вычислить, зная ее массу и скорость рассеяния энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра, превращающаяся в тепло, составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Конечно, всю ее использовать невозможно, в частности, по той причине, что часто поставленные ветряки будут затенять друг друга. В то же время отобранная у ветра энергия, в конечном счете, вновь превратится в тепло.

Среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 метров в секунду. Если выйти на высоту в 100 метров, используя подходящую естественную возвышенность, то эффективный ветроагрегат можно ставить практически везде. Если взять только нижний 100-метровый слой и поставить одну установку на 100 квадратных километров, то при установленной мощности около двух миллиардов киловатт можно выработать за год 5 триллионов киловатт-часов, что в 2 раза больше гидроэнергетического потенциала стран СНГ.

Рисунок 2. Генерирующие мощности мировой ветроэнергетики в 1980-2000 гг. (МВт)

Ветроэнергетика развивается семимильными шагами. Из-за сокращения затрат на производство электричества с помощью энергии ветра, его объемы растут на глазах. С появлением новых ветряных турбин усовершенствованной конструкции расходы на производство электроэнергии за 10 лет снизились с 18 центов за 1 кВт*ч до 4 центов в местах, богаты?