Баламалы энергия көздері

Баламалы энергия көздері

Ғалымдар ескертеді: қазіргі энергия түтыну қарқынының өсуі кезіндегі органикалық отынның зерттеліп барлау қорлары не бәрі 70-130 жылға ғана жетеді. Әрине, басқа да жаңартылмайтын энергия көздеріне өтуге де болады. Мысалы, ғалымдар көп жылдар бойы басқарылатын термоядролық синтезді игеруге тырысуда.

ХХ ғасырдың соңы қоғамдық даму жолдарын кеңінен қайта ойлануға алып келді. Таза экономикалық көзқараспен материалды өндірісті талдауға жақындап келетін экономикалық даму концепциясы адамның өндірістік қызметінің шектелген әсерінің күшімен табиғи ресурстар әлі таусылмайтындай болғанда іске асарлық еді. Қазіргі уақытта қоғам экономикалық қызметкерлік тек жалпы адамзат қызметінің бір бөлігі болып табылатыны және экономикалық даму қоғамдық дамудың өте үлкен концепциялар шегінде қарастырылуы тиіс екенін түсінуде.

Шындығында, табиғи орта мен оның ұдайы өңдіріс проблемалары аса маңызды мәнге ие болуда.

1. Желдік энергиясы

Қозғалатын әуе массасының энергиясы орасан. Жел энергиясының қорлары планетамыздың барлық өзендерінің су энергиялар қорынан жүз есе асып түседі. Жерде жел әрдайым және барлық жерде соғып тұрады – жазғы күнде тамаша салқындық тудыратын жеңіл (жай) желден, санаусыз борандар мен күйзелістер алып келетін күшті дауылға шейін. Біз түбінде өмір сүретін әуе мұхиты әрқашанда тынышсыз.

Біздің еліміздің кеңістігінде соғатын жел электр энергия барлық қажеттілігін оңай қанағаттандыра алар еді. Климаттық жағдайлар жел энергетикасын үлкен орасан территорияда дамуына мүмкіндік береді. Біздің батыс шекарадан Енисей жағалауларына дейін. Солтүстік Мұзды мұхит жағалауының жанындағы солтүстік аудандары жел энергиясына бай, ол әсіресе осы бай аймақтарда тұратын батыл адамдарға өте қажет. Біздің кезде желді қолданушы қозғалтқыштар энергияға әлемдік мұқтаждықтың мыңнан бірін ғана жабады.

Әр түрлі автордың бағалары бойынша, жалпы жел энергетикалық потенциялы 1200 ГВт-қа тең, алайда энергияның бұл түрін жердегі әр түрлі аудандарға пайдалану мүмкіншілігі бірдей емес. Жер бетінен 20-30 м биіктіктегі орташа жылдық жылдамдығы тиісті түрде үлкен болуы қажет. Әуе ағынының орташа жылдық меншікті қуаты шамамен 500 Вт/м (бұл кездегі ауа ағынының жылдамдығы 7 м/с) болатын алаңшада орнадасқан жел энергетикалық қондырғы электр энергиясына осы 500 Вт/м –тың 175-ін түрлендіре алады.

Қозғалатын ауа ағынының құрамындағы энергия желдің жылдамдығына кубына пропорционалды. Алайда ауа ағынының барлық энергиясы тіпті тамаша құрылғының көмегімен пайдаланыла алмайды. Ауа ағымының энергиясының пайдалы пайдалану коэффициенті териолық түрде 59,3%-ке тең болуы мүмкін. Практикада, жарияланған мәліметтер бойынша, жел энергиясының максималды ПӘК-і нақты жел агрегатында шамамен 50%-ке тең, дегенмен бұл көрсеткіш барлық жылдамдықтарда емес, ал тек жобамен қарастырылған тиімді жылдамдық кезінде ғана жетеді. Одан бөлек, әуе ағынының энергия бөлігі механикалық энергияны электрге түрлендіру кезінде жоғалады, ал әдетте 75–95% ПӘК-мен жүзеге асырылады. Осы факторларды ескере отырып, нақты жел энергиялық агрегатпен берілетін меншікті электрлік қуат жобамен қарастырылған жылдамдық диапозонында орнықты түрде жұмыс істейтін агрегат болған жағдай кезінде әуе ағынының қуатының 30–40 %-ін құрайды. Алайда кейде желдің жылдамдығын есептеу жылдамдықтың шегінен шығып кетеді. Желдің жылдамдығы соншалықты төмен болады, жел агрегатта жұмыс істей алмайды немесе соншалықты жоғары, тіпті жел агрегатының тоқтау қажет және оның бұзылуынан қорғану шараларын қабылдау керек болады. Егер желдің жылдамдығы номиналды жұмыс жылдамдығынан асып кетсе, желдің алынатын механикалық энергиясының бөлігі қолданылмайды, ол генератордың номиналды электрлік қуатынан асып кетпеуі үшін. Осы факторларды ескере отырып электр энергиясының меншікті өңделуі жыл бойы, шамамен, жел энергиясының 15–30%-ін құрайды, немесе жел агрегатының орналасу орны мен параметрлеріне байланысы тіпті аз болады.

Жаңа зерттеулер жел энергиясынан электрлі энергиясын алуға көбінесе бағытталған. Жел энергиялық машиналар өндірісін меңгеруге талпыныстар жарыққа көптеген осындай агрегаттардың пайда болуына алып келеді. Олардың кейбіреулері биікке ондаған метрге жетеді және ойлағандай, уақыт өткен сайын нағыз электрлі желіні тудыруы мүмкін.

Кішкентай жел электрлік агрегаттар жеке үйлерді электр энергиясымен жабдықтауға арналған.

Жел электрлік станциялар көбінесе тұрақты токпен соғылады. Жел дөңгелегі динамо-машина ток генераторын қозғалысқа алып келеді, ол бір мезгілде параллель қосылған аккумуляторларды зарядтайды. Аккумуляторлық батарея оның шығыс клеммаларындағы кернеуі батарея клеммасындағыға қарағанда үлкен болған сәтте автоматты түрде генераторға қосылады және де қарама-қарсы қатынас кезінде автоматты түрде өшіріледі.

Кішкене масштабтардағы жел электрлік станциялар бірнеше он жылдар бұрын қолдау тапқан. Олардың ішіндегі ең ірі қуаттысы 1250 кВт Вермонт америка штатын электрмен жабдықтау желісіне токты үзбей 1941 жылдан 1945 жылға дейін беріп тұрған. Алайда ротор сынғаннан кейін тәжірибе үзілді - роторды жөндемеді, өйткені көрші электр станция энергиясы арзанға түсті. Экономикалық себептер бойынша жел электр станциялары европа елдерінде де пайдалануы тоқтатылды.

Қазір жел электр агрегаттары токпен мұнайшыларды жабдықтауда: олар жетуге жолы қиын аудандарда, ұзақ аралдарда, Арктикада, жақын арада ірі елді мекендер мен жалпы тұтыну электр станциялары жоқ мыңдаған ауылшаруашылық фермаларында сәтті жұмыс істейді. Америка азаматы Генри Клюз Мэн штатында екі діңгек тұрғызып, генераторлары бар жел қозғалтқыштарды оған бекітті. 6 В-қа 20 аккумулятор және 2 В-қа 60 аккумулятор оған желсіз ауа-райына қызмет етеді, ал резерв ретінде ол бензинді қозғалтқышы бар. Клюз бір ай ішінде өзінің жел электрлі агрегаттарынан 250 кВт*сағ энергия алды; ол оған барлық шаруашылықты жарықтандыруға, тұрмыс аппараттарын (телевизор, пластинка ойнатқышты, шаңсорғышты, электрлік жазу машинкасын) қоректендіруге жетеді, және де су насосы мен жақсы жабдықталған шеберханасы үшін де жетеді.

Жел электрлі агрегаттардың қарапайым жағдайларда кеңінен пайдалануына әлі олардың жоғары өзіндік құны әлі кедергі жасауда. Жел үшін төлеудің қажеті жоқ екенін айту қажет емес болар, алайда оны жұмысқа қосу үшін қажетті машиналар өте қымбатқа түседі.

Қазіргі жел электрлі генераторлардың ең алуан түрлі прототиптері құрылған (дәлірек, электр генераторлы жел қозғалтқыштары). Олардың біреулері қарапайым бала зырылдауығына, ал екіншілері – доңғалақ тісінің орнына алюминийлі қалақты велосипед дөңгелектеріне ұқсас. Карусель (әткеншек) түрінде немесе бір-бірінің үстіне ілінген дөңгелек желді ұстағыштары бар, көлденең немесе тік айналу осьті, екі немесе елу шақты қалақшалары бар жүйесі бар діңгек түріндегі агрегаттар бар.

Қондырғыны жобалау кезінде ең қиын проблема әр түрлі жел күшінде пропеллердің бірдей айналу санын қамтамасыз ету болып табылады. Желіге қосылған кезде генератор тек қана электрлік энергияны емес, секундына берілген циклдер санды айнымалы токты ғана беруі қажет, яғни стандартты 50 Гц жиілікпен. Сондықтан қалақшалардың желге қатысты еңкею бұрышты, олардың бойлық осьтің айналасымен бұрылысы есебінен реттейді. Қалақтарды реттеумен қатар бүкіл генератор діңгекті автоматты түрде желге қарсы бұрылады.

Желді пайдалану кезінде күрделі проблема пайда болады; желді күні энергияның шығындалуы мен оның желсіздік периодында жетіспеушілігі. Жел энергиясының молдығын қалай жинақтап, сақтауға болады? Қарапайым тәсіл мынадан құралады, жел дөңгелегі суды резервуардан жоғарғы айдайтын сорапты қозғайды, ал содан кейін су одан ағып шыға отырып, су құбырымен тұрақты немесе айнымалы ток генераторын әрекет етуге ашып келеді. Басқа да тәсілдер мен жобалар бар қарапайым, бірақ қуаты аз аккумуляторлы батереялардан алып маховиктерді таратуға дейін немесе қысылған ауаны жер асты үңгірлеріне нығыздаудан, сутегіні отын ретінде өндіруге дейін.

Әсіресе соңғы әдіс перспективалы болып табылады. Жел агрегатының электрлі тогы суды оттегімен сутегіне айырып бөледі. Сутегіні сұйылған түрінде сақтауға болады және жылу электр станцияларының пештеріне қажет мөлшері бойынша жағуға болады.

2. Геотермиялық энергия

Жердің энергиясы – геотермиялық энергетика жердің табиғи жылуын пайдалану кезінде негізделеді. Жер қабатының жоғары бөлігінің 1 км тереңдікке есептегенде 20–30 °С-ға тең термиялық градиенті және 10 км тереңдікте дейінгі жер қойнауында құралған жылудың мөлшері (бетінің температурасын есептегенде), шамамен 12,6-1026 Дж –ге тең. Бұл қорлар 4,6·1016 т көмірдің жылу құрамына эквивалентті (көмірдің 27,6·1090 Дж/т-ға тең орташа жану жылуын қабылдай отырып), ол барлық техникалық және экономикалық түрде алынатын әлемдік көмір ресурстарының жылу құрамынан кем дегенде 10 мың есе асып түседі. Алайда жердің жоғары бөлігіндегі геотермиялық жылу оның негізгі әлемдік энергетика проблеммаларын шешу үшін өте шашыратылған. Өнеркәсіп пайдалануға жарамды ресурстары электрлік энергияның немесе жылуды өңдіру мақсатында пайдалануға жеткілікті нақты көлем мен температурада өңдеу үшін мүмкін тереңдікте топталған геотермалды энергиялардың жеке кен орындарын беру.

Геологиялық көзқараспен геотермиялық энергия қорларын гидротермиялық конвективті жүйелерге, ыстық құрғақ вулкандық түрдегі жүйелер мен жылу ағымы жоғары жүйелерге бөлуге болады.

Гидротермиялық конвективті жүйе категориясына будың немесе ыстық судың жер асты бассейндері жатады, жердің бетіне гейзерлер, күкірттік батпақты көлдер тудыра отырып шығарады. Мұндай жүйелердің пайда болуы жылу қорек көзінің бар болуына байланысты, ол – жер бетіне қатысты жақын орналасқан ыстық немесе балқыма тасты жыныстар. Гидротермиялық конвективті жүйелерде әдетте вулкандық активтілік қасиеттегі жер қойнауының тектоникалық плиталар шкаласы бойынша орналасқан.

Іс жүзінде ыстық сулы кен орындарындағы электр энергиясын өңдеу үшін ыстық сұйықтың бетінде булану кезінде пайда болған буды пайдалануға негізделген әдіс қолданылады. Бұл әдіс ыстық судың бассейн ұңғылары бойынша (жоғары қысымды орналасқан) бетіне қарай жақындаған кезде қысым төмендейді және сұйықтық шамамен 20%-і сепоратордың көмегімен судан бөлініп, құбырға бағытталды. Сепоратордан шыққан су өзінің минималды құрамына байланысты әрі қарай өңдеуге душар болуы мүмкін. Бұл суды кері қарай тасты жыныстарға бірден немесе, егер экономикалық түрде анықталған болса, ондан минералдарды алдын-ала ала отырып қайта айдауға болады.

Жоғары немесе орташа температуралық геотермияларды сулар негізіндегі электр энергияларды өңдеудің басқа әдісі кең контурлы циклды пайдалану процесті қолдану болып табылады. Бұл процесті бассейннен алынған су қайнау температурасы төмен, ал екінші контурды жылу алып жүргіштік қыздыру үшін қолданылады. Осы сұйықтықты қайнау нәтижесінде пайда болған бу құбыр желісі үшін қолданылады. Өңделіп шыққан бу конденсацияланады да, қайтадан жылу алмасу арқылы тұйық цикл құрай отырып өткізіледі.

Геотермиялық ресурстарындың екінші түріне (вулкандық түрдегі ыстық жүйелер) магма және өтпейтін ыстық құрғақ жыныстар (магма айналасына ұйып қалған аймақтар) жатады. Геотермиялы энергияны тікелей магмадан алу әлі техникалы түрде жүзеге асырылмаған. Ыстық құрғақ жыныстар энергиясын пайдалауға қажет технология өңделе бастады. Осы энергетикалық ресурстарды пайдану әдістерінің алдын-ала технологиялық өңдеулерді ыстық жыныс арқылы өтетін сұйықпен циркуляцияланатын тұйық контур құрылғысын қарастырады. Алдымен ыстық жыныстардың жатқан аймағына жететін ұңғыны бұрғылайды, содан кейін ол арқылы қысымы үлкен жынысқа суық суды айдайды, ол онда жарықтар (жіктер) түзілуіне алып келеді. Содан кейін осылай түзілген жарық түрдегі жыныстың аймағы арқылы екінші ұңғыны бұрғылайды. Ақырында, суық суды бетінен бірінші ұңғыны айдайды. Ыстық жыныс бойымен өте отырып, ол қызады да, екінші ұңғыдан бу немесе ыстық су түрінде алынады, оларды кейін алдында бұрын қарастырылған тәсілдердің біреуімен электр энергияны өндіру үшін қолдануға болады.

Үшінші типтегі геотермиялық жүйелер жылу ағынының мәндері жоғары аймақтарда тереңде жатқан тұнба бассейні орналасқан аудандар да бар. Париждік немесе Венгерлік бассейндері сияқты мұндай аудандарға ұңғыдан келіп түсетін судың температурасы 100 °С-қа жетуі мүмкін.

3. Мұхиттың жылу энергиясы

Дүниежүзілік мұхиттағы энергия қорлары өте үлкен екені белгілі, өйткені жер бетінің үштен екі бөлігін (361 млн. км ) теңіздер мен мұхиттар алып жатыр – Тынық мұхитының акваториясы 180 млн. км . Атланттыкі - 93 млн. км , Үнді мұхитінікі – 75 млн. км . Сонда мұхиттың бетіндегі сулардың қызуына сәйкес жылу энергиясы түбімен салыстырғанда айталық 20 градустан, реттік мәні 1026 Дж. Мұхиттың ағынның кинетикалық энергисы 1018 Дж реттік шамамен бағаланады. Алайда адамдар энергияның тек болмашы үлесін ғана пайдалана алады, соның үлкен бағамен және баяу өтілетін қаражатпен, сондықтан мұндай энергетика әлі күнге дейін аз перспективалы.

Соңғы он жылдық мұхиттың жылу энергиясын пайдаланудағы нақты жетістіктермен сипатталады. Сонымен, мини – ОТЕС пен ОТЕС-1 (ОТЕС – Осеаn Тhеrmal Energy ағылшын сөзінің бірінші әріптері) қондырғылары құрылды.

Conversion, яғни мұхиттың жылу энергиясын түрлендіру (электрлі энергияға түрлендіру жөнінде айтып отыр). 1979 ж тамыз айында Гавай аралдарының жанында мини – ОТЕС жылу энергетикалық құрылғысы жұмыс істей бастады. Қондырғының үш жарым ай бойы пробалы пайдалану оның жеткілікті сенімділігін көрсетеді. Үздіксіз тәулік бойы жұмыс кезінде, егер әдетте кез-келген жаңа қондырғыны тексеру кезінде пайда болатын майда техникалық ақайларды санамасақ, еш олқылықтар болмайды. Оның қуаты орта есеппен 48,7 кВт, максимальды – 53 кВт; 12 кВт-ты қондырғыны сыртқы желімен пайдалы жүктемеге береді, дәлірек аккумуляторлар зарядкасына. Қалған өңделіп шыққан қуаты қондырғының жеке мұқтаждықтарына жұмсалады. Олардың санына үш насостар жұмысына кететін энергия шығындары турбинадағы және электрлі энергия генераторындағы екі жылу алмасу шығындары кіреді.

Үш сорап келесі есептен қажет болады: біріншісі – мұхиттан жылы суды беру үшін; екіншісі – сол жүйенің ішінде 700 м тереңдіктен суық су қазып алу үшін; үшіншісі – сол жүйенің ішінде екінші жұмыс суықтығы ретінде аммиак қолданылады.

Мини – ОТЕС қондырғысы баржда монтаждалады. Оның түбінде суық су қақпасы үшін ұзын құбыр орналастырылған. Құбыр болып ұзындығы 700 м, ішкі диаметрі 50 см полиэтиленді құбыр қызмет етеді. Құбыр кеменің түбіне ерекше қақпа көмегімен бекітілген, ол керек болған жағдайда бірден ажыратуға мүмкіндік береді. Полиэтиленді құбыр бір мезгілде құбыр кеме жүйесін якорлау үшінде қолданылады. Осыған ұқсас шешімнің түпнұсқалылығы күдік тудырмайды. өйткені қазіргі өңделіп жатқан өте күшті ОТЕС жүйелері үшін якорлы қойылымдар аса күрделі проблема болып табылады.

Техника тарихында алғаш рет мини – ОТЕС-ті қондыру сыртқы жүктемеге пайдалы қуат бере алады, ол бір мезгілде жеке мұқтаждықтарында жаба отырып. Мини – ОТЕС-ті пайдалану кезінде тәжірибе өте күшті жылу энергетикалық ОТЕС-1 қондырғысын бірден құруға және жобалауға осы типке ұқсас өте қуатты жүйелердің кіріуіне мүмкіндік береді.

Жаңа ОТЕС станциялары көптеген ондаған және жүздеген меговатт қуаттылықта кемесіз жобаланады. Бұл өте үлкен құбыр, оның жоғарғы бөлігінде энергияны түрлендіруге қажетті барлық құрылғылар орналастырылған машиналы зал бар.

4. Құйма мен ағыстар энергиясы.

Адамдар ғасырлар бойы теңіз ағыстары мен тасқын себептерін ойлап келді. Қазір біз дәлелді түрде білеміз, ірі табиғат құбылысы – теңіз суларының ритмдік қозғалысын Күн мен Айдың тартылыс күштері тудырады екен. Күн Жерден 400 есе ары орналасқандықтан, Айдың өте аза массасы жер суына Күн массасына қарағанда екі есе күштірек әсер етеді. Сондықтан жауапты рольде тасқын ойнайды, ол Айдан (айдың тасқыны) пайда болады. Теңіз кеңістіктеріндегі тасқындар судың ағуымен теориялы түрде 6 сағ 30 с сайын кезектесіп тұрады. Егер Ай, Күн және Жер бір түзуде орналасса, Күн өзінің тартылуын Айдың әсерін күшейтеді, және сонда күшті тасқын басталады. Күн, Жер мен Айдың кесіндісіне тік бұрышпен тұрған кезде, әлсіз тасқын басталады (квадратуралы немесе аз сулы). Күшті мен әлсіз тасқындар жеті күн сайын кезекпен ауысып тұрады.

Алайда тасқын мен ағыстың шын жүруі өте күрделі. Оған аспан денелерінің қозғалу ерекшеліктері, жағалау сығының сипаты, су тереңдігі, теңіз ағыстары мен жел әсер етеді.

Ең биік және күшті тасқын толқындары майда немесе тар шығанақтарда немесе теңіз бен мұхиттарға құйылатын өзен сағаларында пайда болады. Мұхиттың тасқын толқыны Ганга ағысының қарама-қарсы оның сағасының 250 км қашықтыққа жүреді. Атлант мұхитының тасқынды толқыны Амазонка бойымен жоғары 900 км-ға таралады. Жабық теңіздерде, мысалы Қара немесе Жерортаның, биіктігі 50-70 см кіші тасқын толқындары пайда болады.

Қуаты 635 Вт бірінші теңіз тасқынының электр станциясы 1913 ж. Ливерпуль жанындағы Ди бухтасында салынды. 1935 жылы тасқын электр станциясын АҚШ-та соға бастады. Американдықтар Пасамакоди шығанағының бір бөлігін қоршап қойды, 7 млн. доллар жұмсалды, бірақ құрылысқа ыңғайсыз, өте терең және жұмсақ теңіз түбіне байланысты, және де онша алыс емес жерде салынған ірі жылу электр станциясы өте арзан энергия бергендіктен жұмысын тоқтағуға тура келді.

Аргентина мамандары Магелланов тасқындағы өте жоғары тасқын толқынын пайдалануды ұсынды, бірақ өкімет қымбат тұратын жобаға келісім бермеді.

5. Теңіз ағысының энергиясы

Мұхиттар мен теңіздерде жинақталған теңіз ағыстарының кинетикалық энергиясының таусылмайтын қорлары суға жүктелген құбырдың (атмосфераға «жүктелген» жел диірменіне ұқсас) көмегімен механикалық және электрлі энергияға айналдыруға болады.

Маңызды және өте танымал теңіз ағысы – Гольфстрим. Оның негізгі бөлігі Флорида мен Бигама аралдары арасындағы Флорида бұғазы арқылы өтеді. Ағыстың ені 60 км, тереңдігі 800 м-ге дейін, ал көлденең қимасы 28 км . Егерде біз осы энергияны толығымен пайдалана алғанымызды, онда 1000 МВт-ты 50 ірі электр станция энергияларының соммалы энергиясына эквивалентті болатын еді. Бірақ бұл сан таза теориялық түрде, ал іс жүзінде пайдалануға тек осы энергия ағыстың 10%-ін ғана есептеуге болады.

Қазіргі уақытта бір қатар елдерде, және бірінші кезекте Англияда, теңіз толқындарының энергиясын пайдалану бойынша жұмыстар жүргізілуде. Британ аралдарында өте ұзын жағалау сызықтары бар, теңіздің көп жерлерінде ұзақ уақыт бойы толқынды болып тұрады. Ғалымдардың бағасы бойынша, теңіз толқындарының энергиясы есебінен ағылшын территориясындағы суларды 120 ГВт-қа дейінгі қуатты алуға болар еді, ол Британдық орталық электр энергетикалық басқармаға жататын барлық электр станция қуатынан екі есе көп.

Теңіз толқынын пайдалану жобаларының бірі тербелісті су бағаны принципіне негізделген. Түбі жоқ, жоғарыда тесіктері бар алып «қораптарда » толқын әсерінен су деңгейі бір көтеріліп, бір түседі. Қораптағы су бағанасы поршень түрінде әсер етеді, ауаны сорып алып, оны құбыр қалақтарына жинайды. Мұндағы басты қиыншылық қораптағы ауа мөлшері бар құбырдың жұмыс дөңгелектерінің инерциясын инерция есебінен турбиналы біліктердің тұрақты айналу жылдамдығы теңіз бетіндегі жағдайдың кең диапазонында сақталып қалатындай келісу болып табылады.

6 Күннің энергиясы

Біз осы күнге дейін айтып келген барлық энергия көздері Күннің энериясын қолданады: көмір, мұнай, табиғи газ, олардың мағынасы «консервіленген» күн энергиялары. Ол осы ескі заманғы отынды қорытылған; күн жылуы мен Жердегі жарықтың әсерінен өсімдіктер өсті, өзіне энергия жинады, ал содан кейін ұзақ процестер нәтижесінен қазіргі кезде қолданылатын отынға айналды. Күн әр жыл сайын адамзатқа миллиардтаған тонна астық пен ағаштар беруде, ол Жердегі судың айналымымен ұстап тұрады.

Барлық келтірілген мысалдарда күн энергиясы жанама түрде, көптеген аралық айналымдар арқылы қолданылады. Осы айналымдарды жою мен жерге құлайтын жылу мен жарық сәулелерін тікелей механикалық немесе электрлі энергияға түрлендіру тәсілдерін табу қызықты болар еді. Не бары үш күнде Күн Жерге сонша энергия жібереді, қазба отындарының барлық қорларында қанша энергия болса, ал 1 с - 1700 млрд. Дж. осы энергияның көп бөлігін шашыратады немесе атмосфера жұтып алады. Әсіресе аспандар және оның үштен бір бөлігі ғана жер бетіне жетіп келеді. Күн жіберетін барлық энергия Жер алатын оны бөлігінен 5 млрд. есе көп. Бірақ тіпті осындай болмашы шама алынғанмен бірге барлық қалған қорек көзі беретін энергиядан 1600 есе көп. Бір көлдің бетіне түсетін күн энергиясы ірі электр станция қуатына эквивалентті.

Архимед аңызына сәйкес, жағада орналасқан Сиракузами түбіндегі рим флотын жойды. Қалай? Тұтандыру айналардың көмегімен.

Бұл айналар VI ғасырда жасалғаны белгілі. Ал XVIII жүз жылдықтың ортасында француз табиғат зерттеушісі Ж. Бюффон көптеген кіші жазықтықтардан құралған үлкен ойыс айналармен зерттеулер жүргізілді. Олар жылжымалы болды және бейнеленген күн сәулелерін бір нүктеге фокустады. Бұл аппарат ашық жаздың күні 68 м қашықтықта смаламен сіңірілген ағашты жылдам тұтандыру қабілет. Кейінде францияда диаметрі 1,3 м ойыс айна даярланған болатын, оның фокусында 16 секунд ішінде шойын стерженін қорыта (балқыта) болады. Англияда үлкен екі ойысты айна қырланды, оның көмегімен шойынды үш секундта және гранитті – бір минутта балқыта аламыз.

XIX ғасыр соңында Париждегі Дүниежүзілік жәрмеңкеде О. Мушо өнер тапқыш инсоляторды ұсынды – күн энергиясын механикалыққа айналдырушы ең алғаш құрылғы. Бірақ оның принципі сондай: үлкен ойыс айнасы 1 сағатта 500 оттисктерін жасайтын басу машинасын қозғалысқа алып келеді. Бірнеше жылдан кейін Калифорнияда осындай принцип бойынша әрекет ететін қуаты 15 ат күші бар бу машиналы буда конустық рефлекатор тұрғызды.

Және сол кезде бір елді, не басқа елдерде эксперименттік рефлекатор-қыздырғыштар пайда болса, ал жарияланған статияларда біздің шырақтардың сарқылмастығы жөнінде көп айтылуда, осыдан олар рентабельді бола қоймады және кеңінен әлі пайдаланбауда: бұл берілген өте қымбат рахат.

Бүгінде күн сәулесін электр энергиясына түрлендіру үшін біз екі мүмкіншіліктермен қарастырамыз: күн сәулесін электр энергияны дәстүрлі тәсілдермен (мысалы, турбогенератор көмегімен) өңдеп шығарудың отын көзі ретінде пайдалану немесе күн энергиясын күн элементтерінде электр тогына тікелей түрлендіру. Екі мүмкіндікті де іске асыру масштабтарында күн энергиясын айна көмегімен арқылы оның концентрациясы – заттарды балқыту, суды дистиляциялау, жылыту, қыздыру және т.б. үшін қолданады.

Күн сәулесінің энергиясы үлкен аудан да тармақталғандықтан (басқаша айтсақ, тығыздығы төмен), күн энергиясын пайдаланудың кез келген қондырғысында жеткілікті бетті жинаушы құрылғысы (коллектор) болуы тиіс.

Мұндай түрдегі қарапайым құрылғы-жалпақ (жазық) коллектор; іс жүзінде бұл төменнен жақсы оқшауланған қара плита. Ол шынымен немесе жарықты өткізетін, бірақ инфроқызыл жылу сәулесін өткізбейтін пластмассамен жамылған.

Әйнек арасындағы кеңістікте көбінесе қара құбырларды орналастырады, ол арқылы су, май, сынап, ауа, күкірт ингидриді және т.б. өтеді. Күн сәулесі, айна немесе пластмасса арқылы коллекторға өте отырып, қара құбырмен плитамен жұтылады және құбырлардағы жұмыс затын қыздырады. Жылу сәулесі коллектордан шыға алмайды, сондықтан ондағы температура қоршаған орта температурасына қарағанда едәуір жоғары (200-500°С). Бұл кезде бу эффектісі деген пайда болады. Қарапайым бау парниктері, іс жүзінде, өзінше күн сәулесінің жай коллекторларын береді. Бірақ тропиктен алыс болған сайын, көлденең коллектор соншалықты аз тиімді, ал оны Күннің ізімен бұру өте күрделі және қымбат. Сондықтан мұндай колекторлар, ереже бойынша, нақты тиімді бұрышпен оңтүстікке қарай орнатылады.

Өте күрделі және қымбат тұратын коллектор ойыс айналар болып табылады, ол түскен сәулелерді шамамен нақты геометриялық нүктесі – фокусқа аз көлемде шоғырлайды. Айнаның шағылысу беті металданған пластмассадан жасалған не үлкен параболалық негізгі бекітілген көптеген кішкентай жазық айналардан құралған.

Арнайы механизмдердің арқасында мұндай типтегі коллекторлар әрдайым Күнге бұрылып қойылған – бұл мүмкіндігінше үлкен мөлшердегі күн сәулесін жинауға мүмкіндік береді. Айналы коллекторлардың жұмыс кеңістігінде температурасы 3000 °С және одан жоғары.

Күн энергетикасы энергия өндірісінің ең көп материал сыйымды түріне жатады. Күн энергиясын үлкен масштабты пайдалану өзінен кейін материалдарға тапшылығы зор болады, ал сәйкесінше, шикізатты өндіру оны байыту үшін, гелиостарды, коллекторларды, басқа аппараттарды даярлау, оларды тасымалдау үшін материалдарға тапшылыққа душар болады. Күн энергетикасының көмегімен жылына 1 МВт электр энергиясын өндіру үшін сағатына 10 000-нан 40 000-ға дейін адамдар қажет болады. Дәстүрлі энергетикадағы органикалық отынды бұл көрсеткіш сағатына 200-500 адамды құрайды.

Күн сәулесімен туған электр энергиясы әлі де дәстүрлі тәсілдермен алынғанға қарағанда сонша қымбатқа түседі. Ғалымдар тәжірибелі қондырғылармен станцияларда жүргізетін эксперименттер тек қана техникалық емес, және экономикалық проблемаларды шешіп беретініне сенеді. Бірақ, сонда да, күн энергиясын түрлендіргіш – станцияларды құруда және жұмыс істеп жатыр.

1988 жылдан бастап Керченский жарты аралда Қырым күн электр станциясы жұмыс істеуде. Мұндай станцияларда қандай жерлерде құрсақ десек, әрине алдымен курорт, санаторий, демалыс үйлері, туристік маршруттар аймақтарында, онда көп энергия қажет, тағы қоршаған ортаны таза сақтау да маңыздырақ, өйткені таза ауа адамға ем.

Қырым СЭС-і үлкен емес – қуаты не бәрі 5 МВт. Нақты мағынада ол – күшті тексеру. Бірақ тағы нені тексеру қажет, басқа елдердегі гелио станция құрылысының тәжірибесі белгілі.

Сицилия аралында тіпті 80-жылдың басында қуаты 1 МВт күн электр станциясы ток берді. Оның жұмыс істеу принципі де мұнаралы. Айналар күн сәулелерін 50 метр биіктікте орналасқан қабылдағышта фокустайды. Онда температурасы 600 °С-дан жоғары бу өңделіп шығады, ол дәстүрлі құбырды оған қосылған генераторлы токпен әрекетке алып келеді. Мұндай принципте қуаты 10–20 МВт электр станциялар, егер ұқсас модульдерді бір-біріне қоса отырып топтасақ, одан да үлкен қуатпен жұмыс істей алатыны дәлелденген.

Испания оңтүстігінде Алькериядағы электр станциясы біршама басқа түрде. Оның айырмашылығы, мұнара төбесіне фокусталған күннің жылуы натрийлі айналымды қозғалтады, ал екіншісі бу түзілгенге дейін қыздырады. Мұндай нұсқаның артықшылықтары көп. Жылудың натрийлі аккумуляторлары электр станцияның тек үздіксіз жұмысын ғана қамтамасыз етпейді, және бұлттің ауа-райымен түндегі жұмыс үшін артық энергия бөлшекпен жинақтауға мүмкіндік береді. Испандық станцияның қуаты не бары 0,5 МВт бірақ6 оның принципінде одан да ірі станциялар құрылуы мүмкін 300 МВт-қа дейін. Бұл типтегі қондырғыларда күн энергиясының концентрациясы соншалықты жоғары, бу құбырлы процестің ПӘК-і мұнда дәстүрлі жылу электр станциясындағыға қарағанда кем емес.

Мамандардың ойы бойынша, күн энергиясы түрлендіруге қатысты ең тамаша идея жартылай өткізгіштердегі фото электрлік әсер эффектін пайдалану болып табылады.

Бірақ, мысал үшін, күн батереясындағы электр станциялар экваторға жақын, оның тәуелділік өңімі 500 МВт·сағ (шамамен осынша энергияны ірі СЭС-р өндіреді), ПӘК 10% кезінде тиімді бетте шамамен 500000 м қажет болады. Күндік жартылай өткізгіш элементтердің осындай зор мөлшері тек қана, олардың өндірістік шындығында арзан болған ғана өтеледі. Жердің басқа аймақтарындағы күн электр станциясының тиімділігі мұнда тіпті күдік күннің өзінде атмосфера күшті жұтатын радиация өнімділігнің баяулығына қатысты тұрақсыз атмосфералық жағдайға байланысты аз болған болар еді, және де күн мен түн кезектесіп пайда болған тербеліс бар.

Сонда да күн фото элементтері қазірдің өзінде өзінің ерекшелігімен пайдалануда. Олар іс жүзінде спутниктегі және автоматты планета аралық станциялардағы электр тогының өзгермейтін қорек көзі, ал жерде – алдымен электрлі тиімделген аудандардағы телефон желісін қоректендіру үшін немесе токтың кіші тұтынушылары үшін (радио аппараттар, электр қырғыштар және т.б.) үшін қорек көзі болып шықты. Жартылай өткізгіштік күн батареялары алғаш рет жердің үшінші кеңестік жасанды спутнигінде орнатылған болатын (орбитаға 1958 ж. 15 мамыр айында жіберілген).

Жұмыстар жүріп жатыр, бағалау да жүріп жатыр. Әлі олар күн электр станциясының пайдасына кірмегенін мойындаған жөн: бүгінде бұл ғимараттар әлі ең күрделі және ең қымбат тұратын гемонерияны пайдалану техникалық тәсіліне жатпайды. Жаңа нұсқалар, жаңа идеялар қажет. Оның кемшілігі жоқ.

7. Сутекті энергетикасы

Сутегі ең қарапайым және ең жеңіл химиялық элемент, оны тамаша отын түрі деп санауға болады. Ол суы бар жердің барлық жерде бар. Сутегіні жандырған кезде су бөлінеді, оны қайтадан сутегі мен оттегіге айырсаң болады, және де буы процесс қоршаған ортаға еш зиян тигізбейді. Сутегі жалыны атмосфераға кез келген басқа отын түрлерін жандыратын өнімдерді түзбейді, көмір қышқыл газды, көміртегі тотығы, көмір сутектерді, күл, органикалық перекистер және т.б. Сутегінің жылулық қабілеті жоғары: 1 кг сутегіні жандырған кезде тек 47 Дж жылу бөлінеді.

Сутегіні табиғи газ сияқты құбырдың бойымен тасымалдауға және үлестіруге болады. Отынды құбырмен тасымалдау – энергияны ұзаққа берудің ең арзан түрі.

Желілеріне қарағанда аз жер алаңын алады. Сонымен қатар құбырлар жердің астынан төселеді, ол ландшафтты зақымдамайды. Энергияны газ тәріздес сутегі түрінде диаметрі 750 мм құбыр арқылы 80 км жоғары қашықтыққа беру сол мөлшерде