Дәстүрлі емес энергия көздері

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

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

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

1. Желдік энергиясы

Қозғалатын әуе массасының энергиясы орасан. Жел энергиясының қорлары планетамыздың барлық өзендерінің гидроэнергиялар 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 келктін күшті дауылға шейін. Біз түбінде өмір сүретін әуе окенды әрқашан да тынышсыз.

Біздің еліміздің кеңістігінде соғатын жел оның электрэнергия барлық қажеттілігін оңай қанағаттандыра алар еді. Климаттық жағдайлар жел энергетикасын үлкен орасан територрияда 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.

Әртүрлі автордың бағалары бойынша, жалпы жел энергетикалық потенциялы 1200 ГВт-қа тең, алайда энергияның бұл түрін жердегі әртүрлі 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/м2 (бұл кездегі ауа ағынының жылдамдығы 7 м/с) болатын алаңшада орнадасқан жел энергетикалық қондырғы электр энергиясына осы 500 Вт/м2 –ң 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 мханикалық 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 жылдамдығы есептеу жылдамдығының 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 факторлады ескере отырып электр энергиясының меншікті өңделуі жыл бойы, шамасы, жел энергиясының 15–30% -ін құрадй, 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 кйбіреулері 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 үзінді-роторды жөнделеді, өйткені көрші жылы электр станция энергиясы арзанға түсті. Экономикалық себептер бойынша жел электр станциялары европа елдерінде де пайдалану тоқтатылды.

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

Желэлектрлі 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, электрогенераторлы желқозғалтқыштары). Олардың біреулері қарапайым бала зырылдауығына, ал екіншілері – доңғалақ тісінің орнына алюминиді 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 әртүрлі жел күшінде пропеллердің бірдей айналу санын қамтамасыз ету болып табылады. Желіге қосылған кезде генератор тек қана электрлік энергияны емес, секундында берілген циклдер санды айнымалы токты ғана беруі қажет, яғни стандартты 50 Гу 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 акумляторлы батерялардан алып маховиктерді тарқатуға дейін немесе қысылған ауаны жерасты үңгірлеріне нығыздаудан, сутегіні оның ретінде өндіруге дейін.

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