Новые виды нетрадиционной энергетики

Во многих странах развивается геотермальная, энергети­ка - используются запасы энергии, заключенные в недрах земли в виде сухого пара, перегретой воды, термальной воды (темпе­ратура ниже температуры кипения) и сухих пород, имеющих высокую температуру. Геотермальная энергия используется для отопления, горячего водоснабжения, производства электроэнергии.

Космическая энергетика. На специальных геостационар­ных спутниках Земли солнечная энергия трансформирует­ся в электрическую и в виде электромагнитного луча сверх­высокой частоты передается на приемные станции Земли, где преобразуется в электроэнергию.

Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов, морских течений и на разности температур в раз­личных слоях морской воды.

"Холодная" энергетика - получение энергоносителей пу­тем физико-химических процессов, происходящих при низких температурах и сходных с процессами жизнедеятельности ра­стений. Например, разложение воды на асимметричных мемб­ранах под воздействием солнечного света. Вода распадается на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны мембраны. Водород используется как энергоноситель.

Перспективными являются энергетические установки, пре­образующие химическую энергию органического топлива в электрическую. Эти установки называют топливными эле­ментами. Топливом в таких элементах служит водород, окислителем - кислород (рис. 13.12). Электроэнергия в эле­менте создается в процессе обмена электронами между го­рючим и окислителем с образованием нового соединения (продукта реакции). Суммарная реакция в элементе: 2Н₂ + + 0₂ —» 2Н₂0. КПД описанного элемента - более 90 %. Значительной экономии электроэнергии можно добиться заменой линий электропередачи на сверхпроводящие. До настоящего времени в этой области ведутся исследования.

В конце 50-х гг. XX в. были открыты соединения и спла­вы, у которых критическая температура и критическое зна­чение индукции магнитного поля оказались на 3-4 порядка выше, чем у чистых металлов. У некоторых из них крити­ческая температура выше температуры сжиженного водо­рода при достаточно больших значениях критической ин­дукции магнитного поля. Такие соединения назвали жест­кими сверхпроводниками.

Термоядерная энергетика. Продолжаются исследования в области термоядерного синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. Если удастся осуществить управляе­мую реакцию синтеза, проблема ограниченности энергоре­сурсов будет решена.

Для осуществления термоядерных реакций необходимо выполнение двух основных условий: топливо должно быть нагрето до температуры 50-500-10⁶ °С, должен выполняться

критерий Лоунса: nt10⁴с/см³, где n ~ плотность плазмы, t - время ее удержания. Наиболее доступной для реализа­ции является реакция между изотопами водорода, трити­ем и дейтерием, которая может начаться при температуре

10⁸ °С и nt = 10 с/см. Другие реакции (дейтерий-литий, дей­терий-дейтерий, дейтерий-гелий) требуют больших значе­ний температуры и ят. Необходимые условия можно реа­лизовать двумя способами: с помощью магнитного или инер­ционного удержания.

Наиболее перспективной является термоядерная энерге­тика, основанная на реакции дейтерий-литий. Ресурсы дей­терия практически неограничены, а высококачественного ли­тия (Li) достигают 10 млн т. Разведанных запасов высоко­качественного лития достаточно для удовлетворения потреб­ностей термоядерной энергетики более чем на 100 лет при их незначительных затратах.

Термоядерные электростанции не требуют заводов по пе­реработке отработанного топлива. Конечные продукты топ­ливного цикла безвредны. Наибольшую опасность в период нормальной работы термоядерного реактора представляет утечка в биосферу трития, излучателя бета-частиц низкой энергии с периодом полураспада 1, 2, 3 года. Допустимый уровень радиации обеспечивается при утечке трития не бо­лее 0,03 % в год от его общего количества, содержащегося в реакторе. Биологическая опасность магнитных полей рассеяния реакторов с магнитным удержанием не изучена. Исследова­ния, касающиеся остановок и аварий, позволяют подробно оценить наличие радиоактивных материалов и связанных с этим потенциальных опасностей. Небольшое количество топ­лива в зоне реактора исключает опасность ядерных выбросов.