Новые пути получения электрической энергии - Возможные пути генерации электроэнергии

В табл. 2 (стр. 24—25) сведены основные ресурсы энергии на Земле и возможные пути их преобразования в электрическую энергию.
В верхней строке приведены основные ресурсы энергии на Земле. Стрелками показаны те пути, по которым эти виды энергии через одну, а иногда через ряд промежуточных форм преобразовываются в электроэнергию. В кружках указаны физические явления, которые используются в каждом из этих процессов для преобразования энергии; в квадратах — промежуточные формы, в которые преобразуется энергия при каждом из этих процессов. На последних этапах преобразования помечено, какому типу генератора он соответствует. Некоторые пути отмечены двойной стрелкой, чтобы подчеркнуть, что это уже широко используемые способы получения электроэнергии. Таково, например, превращение химической энергии топлива в тепловых силовых устройствах. Начиная со стадии тепловой энергии газа, этот путь раздваивается. В паросиловой установке происходит процесс теплопередачи в котле; в газотурбинных установках этого нет. Но в обоих случаях кинетическая энергия газа или пара путем давления на твердое тело, а именно на лопатки ротора в турбине, преобразуется в кинетическую энергию твердого тела. Далее, в электромагнитном генераторе, связанном с турбиной, эта энергия преобразуется в электрическую.
В гидроэлектростанциях используется потенциальная энергия воды в реках. Здесь также используется давление на твердое тело, только в данном случае жидкости, а не газа, как на тепловых станциях.
Имеется целый ряд путей преобразования различных видов энергии в электрическую, которые с физической стороны на конечных стадиях сравнительно мало отличаются от двух вышеописанных основных способов, широко применяемых в энергетике.
Например, от физических процессов гидроэлектростанции незначительно отличаются процессы ветроэлектростанции» Основное различие между ними, с точки зрения физики, в том, что движущуюся жидкость (воду) в ветровой ЭС заменяет движущийся газ (воздух)1. 
Исходная форма энергии здесь кинетическая энергия ветра, которая сразу путем давления на твердое тело (лопатки ротора ветросиловой установки) превращается в кинетическую энергию вращения ротора. Ветродвигатель приводит в движение генератор, и дальнейший путь получения электроэнергии тот же самый, что и на гидроэлектростанции.
Основным недостатком ветра, как источника электроэнергии, является его непостоянство по направлению и особенно по силе, вследствие чего мощность, вырабатываемая ветроэлектростанцией, все время колеблется и по временам падает до нуля. Поэтому приходится вырабатываемую электроэнергию запасать, например, с помощью аккумуляторов, с тем чтобы этот запас расходовать в часы безветрия. Все же благодаря простоте конструкции и экономичности ветросиловые установки в настоящее время находят широкое применение в сельском хозяйстве и в арктических районах как в нашей стране, так и за рубежом.
Интересна идея приливной электростанции. В ней так же, как и в ГЭС, используется течение воды, вызванное тяготением, правда, не земным, а лунным. Но движение это в течение суток меняет свою скорость и направление (приливы сменяются отливами). Поэтому для непрерывной подачи воды в турбину в одном направлении морская вода поступает в турбины приливной ГЭС не непосредственно «с набегающей волной», а через систему бассейнов и шлюзов, обеспечивающих питание турбин водой в одном направлении с требуемым напором. В этом основное отличие приливной ГЭС от речной ГЭС.
Схемы тепловых электростанций, точнее говоря паросиловых электростанций, с некоторыми видоизменениями также находят себе применение при использовании других ресурсов энергии, помимо углеродистого топлива. В первую очередь это относится к использованию внутренней теплоты Земли на геотермических электростанциях. Известно, что тепловые электростанции, питаемые паром или горячей водой от источников вулканического происхождения, уже работают успешно в ряде стран. Так, в Новой Зеландии строятся геотермические ТЭС на общую мощность 290 тыс. кВт, из них уже пущены в эксплуатацию 67 тыс. кВт, В Италии уже работают такие электростанции, с общей установленной мощностью в несколько сот тысяч киловатт. У нас также строятся геотермические электростанции на Камчатке. В принципе эти электростанции мало чем отличаются от обычных ТЭС. Но поскольку горячая вода или пар здесь естественного происхождения, надобность в топке отпадает.
Несколько иные проекты предложены для использования тепловой энергии морей. Существуют два технических направления в этих проектах. В теплых морях предполагается использовать разность между температурой поверхностных слоев воды (превышающей 20°С), которые должны служить нагревателем, и глубинными слоями, где температура составляет всего несколько градусов выше нуля и которые служат холодильником. Заставляя воду испаряться при температуре около 20°С, мы получаем пар очень малого давления (несколько десятков миллиметров ртутного столба). В «холодильнике» при температуре около 0°С он будет конденсироваться. Поэтому при достаточно большом объеме турбины можно заставить ее работать даже под таким низким давлением. Конечно, лучше использовать в качестве рабочего вещества не воду, а какую-нибудь другую жидкость, которая давала бы при этой температуре более высокое давление паров. Станция, построенная по такому проекту Ж. Клодом и П. Бушеро, находится на атлантическом побережье Африки.
Существует и другой проект тепловой электростанции, предназначенной для работы в условиях очень высоких широт ,(в Арктике), разработанный инженером А. Баржо. Здесь нагревателем должна служить холодная вода, температура которой едва превышает 0°С, а холодильником служит воздух, находящийся надо льдом, температура которого ниже 0°С на несколько десятков градусов. Давление водяного пара при температуре «нагревателя» около 0°С всего 4,5 мм ртутного столба, т. е. 5—6 г на 1 см². Турбина для работы под таким давлением должна была бы иметь еще более непрактичные размеры. Поэтому здесь необходимо другое рабочее вещество. В качестве такого Баржо избрал изобутан — органическую жидкость, которая при температуре —17° С уже кипит под атмосферным давлением. В рассматриваемых случаях разность между Τ1 и Т2 очень невелика — всего несколько десятков градусов, тогда как Τ1 — порядка 270—300°К.
Поэтому теоретический к. п. д. здесь мал, а практический к. п. д. еще меньше. Весь смысл этих устройств состоит в возможности получать электроэнергию пусть с небольшим к. п. д., но из тепла, которое сейчас вовсе никак не используется, и в таких местах, куда доставка топлива до освоения атомного топлива была чрезвычайно затруднена.