Источники энергии в будущем

Человечество с появлением электричества искало способы преобразовывать природную энергию в электрическую с максимальным КПД. С тех времен появились тепло- и гидроэлектростанции. После атомные электростанции. Сейчас человек ищет способы добычи энергии в ядерном синтезе.

За весь этот путь люди научились добывать энергию из потоков ветра, использовать солнечный свет для заряда батарей, превращать движение воды в электрический ток. Однако мы до сих пор продолжаем по старинке в глобальных масштабах сжигать каменный уголь и нефть, тем самым загрязняя окружающую среду. Поэтому необходимо заменить традиционные электростанции альтернативными источниками энергии.

На данный момент солнечные подстанции являются сильнейшими конкурентами традиционным методам получения энергии, но у такой системы есть огромный минус – зависимость от положения Солнца. Вы скажете: “Нет Солнца – нет энергии, поскольку солнечный день не может длиться вечно”, – и будете правы, и нет, потому что если поместить солнечный коллектор на орбиту Земли, то солнечные лучи будут постоянно попадать на фото преобразующие элементы и, соответственно, энергия будет накапливаться. Эта мысль была высказана Айзеком Азимовым в 1941 году, и тогда выглядело полной утопией. Но сегодня, когда человек делает первые шаги в освоении космоса, такое вполне возможно. В научно-исследовательской лаборатории ВМС США считают, что орбитальные солнечные панели способны вырабатывать от 250 МВт до 5 ГВт поскольку могут работать круглые сутки. Такая идея одновременно проста и сложна, т.к. мы уже способны с помощью солнечных плит конвертировать солнечный свет в постоянный ток, а затем преобразовывать его в переменный и подавать в сеть. Осталось решить вопрос с передачей электрического тока с космоса на Землю. Это возможно сделать с помощью радиоволн, микроволны которых способны нести энергию. Масса данной установки будет составлять тысячи тонн, поэтому ее строительство будет осуществлено в космосе за счет роботов-строителей и 3D печати. Данной программой занимается Китайская Академия Космических Технологий и уже работает над первым прототипом.

Энергию можно получать не только от угля, нефти, АЭС, солнца и ветра, но и с помощью пешеходов. Каждый человек, идущий по тротуару, создает кинетическую энергию на его поверхности. Если преобразовывать данную механическую энергию в электрическую, то мы получим мини электростанцию. Сотни таких пьезогенераторов, установленных на оживленном участке тротуара, могут вырабатывать постоянный ток, достаточный для зарядки пакета литьевых аккумуляторов. Эту энергию можно использовать для освещения улиц, остановок, вывесок. Данный проект воплотила в жизнь британская компания “Pevegen systems LTD”. Они успешно производят и продают по всему миру уникальную тротуарную плитку, генерирующую энергию благодаря шагающим по ней пешеходам. Разработчики плитки устанавливают целые системы на самые оживленные участки мегаполисов. Так как плитка водонепроницаема и может выдерживать большие нагрузки, ее можно устанавливать как внутри, так и снаружи помещения. Об эффективности системы говорит тот факт, что ее размещение в большом торговом центре и некоторых многолюдных улицах в Лондоне во время олимпиады 2012 года позволило получить 20 МДж электроэнергии. Этого хватило для освещения крупных городских улиц.

Электрическую энергию можно извлекать из нашей повседневной жизни, используя физическую силу человека. Принцип велосипеда яркий тому пример. Если использовать педальный привод для активации питания, допустим, компьютера или телевизора, то это послужило бы пользой как для самого человека, так и для электрической системы планеты. Согласно исследованиям британский ученых только теле-тренажёр с педалями смог бы сохранить 64 млн. долларов в год и сжечь массу лишних калорий. Также существуют приборы, которые вырабатывают энергию за счет разницы температур; устройства, позволяющие человеку получать энергию от гравитационной системы, устроенной на принципе опускающегося под своим весом груза. Для активации такого освещения достаточно поднять мешок с песком, который, опускаясь, приводит в движение генератор, позволяющий работать освещению приблизительно 20 минут.

В современном мире в крупных городах существует обилие огромных, стеклянных офисных зданий, которые отлично подходят для реализации комплекса интегрированных фотоэлементов. По сути это тончайшая солнечная панель в виде тонировки, помещенная между двумя стеклами. Полупрозрачный материал, изготовленный на основе технологии органических фото электрических элементов, имеет низкую эффективность, около 8%. Но если учесть, что в каждом городе около 10 млн. окон, в совокупности этот комплекс будет способен обеспечить до 10% потребления энергии небоскреба, при этом снижая прирост солнечный тепла в здании.

Энергия ядерного синтеза один из неисчерпаемых источников электричества, но до сих пор ученым так и не удалось создать условия для запуска стабильно управляемой ядерной реакции. Это можно сделать только в том случае, если сгенерировать электромагнитное поле с полностью управляемыми характеристиками. Пока ученые смогли создать сильнейшее магнитное поле силой в 1200 Тл всего на 100 мксек. В прочем и это большая победа поскольку во время эксперимента установка вела себя стабильно и проявила необходимые характеристики для получения контроля над реакцией термоядерного синтеза.

Ядерные отходы хранят в себе не только огромную опасность для мира, но и огромный потенциал для получения энергии. Из отходов можно выделять радиоактивный газ в искусственных алмазах, а их в свою очередь использовать в качестве элементов батареи постоянного тока. Радиоактивные алмазы будут выделять электричество до тех пор, пока не наступит период полураспада веществ, а это, как известно, столетия. В таком случае человечество получит не требующий обслуживания, экологически чистый, многолетний источник энергии. Это может произойти за счет инкапсуляции радиоактивных веществ внутри. Прототип такой батареи уже построен, и он работает на изотопах никеля 53, у которого период полураспада составляет 100 лет, т.е. через 100 лет батарея потеряет только половину своего заряда. Еще один плюс использования ядерных отходов в том, что отпадет проблема хранения, например, графитовых блоков, которые после использования становятся радиоактивными и требую захоронения. Всего один атомный реактор производит около 90 000 тонн таких блоков за период работы.

Многие связывают будущее с летающими ветрогенераторами. Обычный наземный ветрогенератор малоэффективен, так как сильно зависит от скорости ветра и продуктивен при скорости ветра более 4-6 м/с. Отсюда его недостатки. Невозможно высчитать точное количество вырабатываемой энергии. Однако летающий ветрогенератор решает эту проблему. Дело в том, что на высоте 300 метров скорость ветра стабильно высокая, и это позволяет использовать ветреную подстанцию максимально эффективно. Летающий ветрогенератор представляет собой кольцевую оболочку, заполненную гелием, в центре которой установлена турбина – электрический генератор. Схема проста, аппарат запускается в небо, прикрепленный тросом к земле, а энергия подается по кабелю от генератора на землю. Уже существует ряд проектов, которые используют воздушного змея с генератором массой 500 кг “Sky Int Power”. Здесь используются два парашютаобразных воздушных змея, которые поднимают, удерживают и направляют два ветрогенератора. Тем не менее и у их есть недостатки – это их дороговизна установки и обслуживания, а также их взаимодействие с другими летающими объектами.

Человечество четко наметила вектор развития на альтернативный способ добычи энергии. Но разработки требуют времени и огромных инвестиций.