Энергия из всего

С тех пор как выбросы углекислого газа в атмосферу посчитали главной причиной климатических изменений и решили избавиться от них, люди начали экстренно изобретать новые – экологически чистые – источники электроэнергии.

Ветер, солнце и вода – возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – постепенно переходят в ряды традиционных, а их место занимают новые, которые пока относятся к разряду необычных.

Ряд новых технологий в энергетике вполне можно отнести к разряду состоявшихся – они нашли свое применение на практике. И весь вопрос в том, насколько широко они будут применяться в дальнейшем. Среди тех, что уже шагнул из фантазий в реальность стоит выделить 3, использующих сравнительно традиционные источники: воду и воздух.

Первая – это мини-ГЭС, вырабатывающая тепло и электричество из сточных вод. Одна из первых отечественных станций такого типа была запущена в 2014 году в Томске. Она перерабатывает всю использованную воду из канализационной сети Томска, Северска и Орловки, проходит очистку и сбрасывается в реку с высоты 96 метров. Основным движущим элементом в ее создании стал профессор Томского политехнического университета, заслуженный энергетик России Николай Вяткин. На тот момент это была самая мощная мини-гидроэлектростанция в стране, вырабатывающая до 1 МВт. К основным ее особенностям стоит отнести скорость возведения – 2 года, что в 3 раза меньше, чем было потрачено на строительство подобной станции в Ульяновске. По остальным параметрам этот экспериментальный энергообъект является стандартным. Сначала презентация с приездом местного руководства и телевидения, разрезание красной ленточки, а также высокая оценка губернатора. Затем – предложение использовать новинку в качестве экспериментальной и опытно-промышленной площадки и восторженные отклики гостей из соседних областей, которые демонстрировали свой неподдельный интерес и обещали перенять томский опыт. И наконец, было определено место новой гидроэлектростанции в энергетической системе страны: учебный класс студентов Томского политеха. Пока эта мини-ГЭС не стала тиражируемой.

Второй пример – использование волновой энергии в установке Oyster (устрица), которая прошла испытания в 2014 году. Подводная часть этого устройства немного напоминает велосипедную педаль: она состоит из соединенных в виде стены полых труб диаметром несколько метров. Волна выполняет функцию ноги велосипедиста. Когда она подходит к берегу, то надавливает на стенку и наклоняет ее с помощью поршня. В результате вода подается в трубопровод, ведущий на береговую гидро­электростанцию. Максимальная мощность одной установки – до 600 кВт. Однако эффективность такой подводной «педали» можно увеличить, объединив их и подключив к единой линии, подающей воду на общую береговую гидроэлектростанцию. В результате можно достичь мощности в 21 МВт. Первые испытания прошли настолько успешно, что разработчики уже подписали контракт на производство устройств Oyster для электростанции мощностью 1 ГВт.

Третий вариант – летающая турбина Buoyant Airborne Turbine (BAT). Фактически это аэростат, который накачивают гелием и поднимают на высоту нескольких сотен метров, где сильный ветер разгоняет турбину. Выработанная на высоте электроэнергия передается на землю с помощью специальных тросов, которые одновременно играют роль якорей, удерживающих аэростат от воздушного путешествия. По мнению разработчиков, за счет мобильности и высокой скорости развертывания такую летающую турбину можно использовать на месте чрезвычайных ситуаций – электричество к спасательным центрам может быть подведено очень быстро. С 2015 года это энергоустройство уже поставляется заказчикам в промышленных масштабах.

В отличие от ветро-водяных способов добычи электроэнергии, получить ток из зеленых насаждений существенно сложнее. Такие технологии проходят более длительный срок от исследований до промышленной эксплуатации. Да и производительность «зеленых» электрогенераторов отнюдь не порождает надежд на их широкое применение в ближайшем будущем. Тем не менее местные задачи – отопление ближайших домов – они уже вполне способны решать. «Зеленые» в прямом смысле этого слова технологии делятся на 2 основных направления: использование выделяемого растениями горючего газа, чаще всего – метана, используемого в качестве биологического топлива для генератора. Второе – внедрение различными способами в процесс фотосинтеза и «отсасывание» некоторого количества электронов для формирования собственного электричества.

Наиболее продвинутые технологии первого типа базируются на переработке водорослей. Естественно, что лидерами здесь являются Япония и Израиль. Например, японская Tokyo Gas создала технологию промышленного брожения морских водорослей, в результате которого выделяется метан. Полученный газ поступает в газовый двигатель, вращающий электрический генератор. Такая установка перерабатывает до тонны водорослей в день, выпуская 20 тыс. литров метана. В результате генератор выдает мощность в 10 кВт, что вполне достаточно для питания нескольких десятков домов. Свой вариант биотоплива выводит на рынок израильская компания UniVerve, которая разработала и запатентовала технологически стабильный процесс преобразования аквакультур в электроэнергию. Отобранные в ходе исследований штаммы водорослей содержат высокий уровень масел, что необходимо для эффективной переработки. К тому же водоросли растут гораздо быстрее традиционных наземных зеленых насаждений. Идея переработки водорослей в биотопливо довольно нова. А ее практическое развитие началось, по большому счету, только в последнее десятилетие. И сейчас эксперты ожидают общий оборот от переработки водорослей на уровне 100 млрд долларов.

Одновременно ученые не оставляют надежды использовать для получения электричества фотосинтез. Свои исследования разработчики из университета польского города Лодзь проводили на листьях табака и редьки. Эти растения в процессе фотосинтеза образуют большое количество электронов, которое ученые научились преобразовывать в ток. Они разработали метод для вмешательства в фотосинтез: захватывать электроны перед тем, как растения используют их для производства сахаров. Естественно, что столь малые величины токов не смогут быть использованы для «промышленного» уровня, поэтому такие технологии пока не вышли за пределы лабораторий. Однако его вполне достаточно для дистанционных сенсоров или другого портативного электронного оборудования, которое требует малого количества энергии.

Несколько лет назад ученым удалось получить электричество непосредственно из дерева. Профессор Бабак Парвиц просто воткнул в ствол дерева пару электродов и получил разницу потенциалов. А максимальное значение «древесного» электричества было достигнуто, когда один электрод был воткнут в дерево, а второй – в грунт близ него. Его величина составила 200 милливольт. Теперь разработчики пытаются изобрести прибор, который сможет что‑нибудь сделать на таком малом количестве электричества.

Человеческое тело давно не дает покоя изобретателям. В первую очередь, они решили использовать все возможные виды движения, совершаемые человеком. Как оказалось, некоторые из вариантов преобразования кинетической энергии человеческих движений в электрическую вполне поддаются коммерциализации. Хотя количество электроэнергии и невелико.

В первую очередь внимание изобретателей привлекли танцоры. Почти одновременно в разных частях света – в Роттердаме и Токио – появилось оборудование для танцевальных клубов, способное вырабатывать электроэнергию за счет движения. Под пол на глубину 1 см закладывается панель, использующая пьезоэффект для генерации электричества. Производимой с помощью такой панели электроэнергии вполне достаточно для питания всей аппаратуры клуба.

Примерно такой же способ получения электроэнергии внедрили японцы при реконструкции железнодорожной станции в Токио в 2008 году. Там пьезоэлементы были встроены в пол турникета. В результате пассажиры, направлявшиеся через них к поездам и обратно, служили бесплатным источником электричества для железнодорожников.

А американцы коммерциализировали энергию, выделяемую при занятии фитнесом. Всего 8500 долларов стоит набор приборов, который использует энергию движения, тепла тела и еще успевает вырабатывать электричество из дыхания с помощью вставленного в маску ветрогенератора. Кстати, его хватает на поддержание зарядки в мобильном телефоне. Вообще поддержание электричества в мобильнике – самая популярная задача для таких новинок. Не менее эффективное применение человеческому телу нашел Мартын Нунупаров – заведующий лабораторией микроэлектроники Института общей физики РАН; изобретатель; обладатель гран-при конкурса русских инноваций 2004 года. По его словам, в приборах может появляться электричество, которое получается при механическом нажатии на специальную клавишу. Это изобретение позволяет делать массу электронных приборов, для которых не нужно ни розетки, ни батарейки и которые могут служить вечно. Ученый нашел возможность генерировать ток практически из любого человеческого действия. По его словам, даже энергию ходьбы человека и взмаха руками во время этого процесса достаточно, чтобы питать лампу 60 Вт.

На первый взгляд такие «выскребания сусеков» в поисках «клочков» электроэнергии не слишком эффективно. Однако вопрос в масштабах. Раздельный сбор мусора и автоматы по сбору пустой тары за несколько последних десятилетий вполне прижились в Европе. Все это – результат разъяснительной работы и финансовой заинтересованности населения. Поэтому вполне возможно превращение какой‑либо из сегодняшних «сумасшедших» идей по генерации электроэнергии из подручных средств.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.