Альтернативные источники энергии

Активное использование геотермальных  ресурсов может оказывать неблагоприятное  воздействие на окружающую среду. Основными  негативными факторами являются: повышенный уровень шума на выходе из скважины; загрязнение водоемов при сбросе в них термальных вод с повышенным содержанием солей; загрязнение окружающего воздуха попутными газами (bhS, СН, NH4); тепловое загрязнение окружающей среды; повышение влажности воздуха за счет испарения в градирнях.

Во многих странах  проводятся исследовательские работы, направленные на очищение окружающей среды от последствий эксплуатации геотермальных месторождений. Разрабатываются  звукогасители, методы закачки использованной воды в пласт, методы предотвращения выброса вредных газов.

Также оправдано строительство  геотермальных электростанций неподалеку от мусорных полигонов. На мусорных свалках, вследствие разложения органических отходов, образуется газ с очень интенсивным запахом, состоящий главным образом из горючего метана и двуокиси углерода. Из тонны мусора образуется около 150-250 м³ газа. Метан из мусора дает тепло и энергию и снижает загрязнение окружающей среды. Схема производства энергии при помощи газа мусорных полигонов представлена на рисунке 13.

рис.13 « Схема преобразования тепла и энергии метана в электроэнергию»

Достоинствами геотермальной  энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость  от внешних условий, времени суток  и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Энергетические ресурсы морей и океанов

 

Периодические колебания  уровня воды (подъемы и спады) в  акваториях на Земле, которые обусловлены  гравитационным притяжением Луны и  Солнца, действующим на вращающуюся  Землю. Все крупные акватории, включая  океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики. Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.

Приливные электростанции (ПЭС) используют энергию морских  приливов и отливов, возникающих  в результате гравитационного взаимодействия вращающейся вокруг своей оси  Земли с Луной и Солнцем. Лунные приливы примерно в два с половиной раза сильнее солнечных. Во многих случаях  солнечные и лунные приливы могут совмещаться, взаимно усиливая или  ослабляя друг друга.

рис. 14  «Схема действия приливных электростанций»

 

 

 

В открытом море приливная волна невысокая и практически не ощущается, но вблизи берегов ее высота может существенно возрастать, достигая нескольких метров, что позволяет использовать энергию перемещаемой приливом воды для выработки электроэнергии на ПЭС.

Приливы, как и отливы, происходят дважды в день в заранее известное время.  Их высота также известна и закономерно изменяется в течение месяца. В связи с этим ПЭС имеют четкий и неизменный график работы, выдавая электрический ток в энергосистему четыре раза в сутки.

Из всех разработанных  методов использования энергии  приливов и отливов наиболее эффективным  является создание системы приливных  бассейнов.

При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными  явлениями, используются в системе  шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию. Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней. Последний фактор, в свою очередь, является функцией амплитуды приливо-отливных колебаний. Достижимый перепад уровней, безусловно, наиболее важен для производства электроэнергии, хотя стоимость сооружений зависит от площади бассейнов.

Энергия приливных течений  может быть преобразована подобно  тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае.

Теоретический потенциал приливной  энергетики в России составляет более 100 ГВт по мощности и более 250 млрд кВтч по среднегодовой выработке. Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в трех створах - Мезенском (Белое море), Тугурском и Пенжинском (Охотское море).

 

В настоящее время  экономически эффективным  считается  использование приливов с высотой не менее 4 м. Высота приливов сильно зависит от конфигурации побережья.  Во внутренних морях, например в Черном и Балтийском, приливы невелики. Как правило, наибольшие приливы возникают в глубоко вдающихся вглубь материка заливах, в том числе в устьях рек. Наибольшая известная высота приливов (до 18 м) наблюдается в заливе Фанди в Канаде.

рис. 15 «Характеристика ПЭС России»

В настоящее время  приливные электростанции действуют  в России на Кольском п-ове на берегу Баренцева моря и в Приморье.

Перспективные для строительства  ПЭС участки есть  в России, Великобритании, Франции, Норвегии, Южной Корее, Китае, Аргентине, США.  Всего не менее 80 створов.

  В целом экономически эффективный к использованию потенциал приливной энергии сегодня  оценивается в 450 млрд кВтч в год, в дальнейшем по мере совершенствования приливных электростанций его величина может существенно возрасти.

 

 

 

 

 

4. Технологическая и коммерческая характеристика продукции

Идеальная модель экодома  представляет собой независимое от внешнего мира «умное» сооружение из экологически чистых материалов. Настоящий экодом – это здание, построенное из древесины и расположенное таким образом, чтобы максимально эффективно использовать природную энергию. Принципиальной особенностью такого типа сооружений является «бережное отношение» к окружающей среде, то есть нанесение минимального ущерба природе в момент, когда осуществляется строительство экодома и в период его последующей эксплуатации.

При возведении экодома  могут использоваться различные  типы материалов. Каркас может быть изготовлен из дерева, который заполняется  грунтоблоками, глиной, соломой, красным  кирпичом, ячеистым бетоном. В роли утеплителя выступает камыш, солома, льняная костра, опилки, целлюлоза; в качестве связующего добавляется торф. Для облицовки применяют гипс, керамику, известь, дерево, песок.

Обеспечение экодома  водными ресурсами осуществляется, что называется, «напрямую с неба» – это атмосферные осадки, конденсат, а также очищенные грунтовые и сточные воды.

Решение вопроса снабжения  энергетическими ресурсами происходит благодаря применению на этапе строительства  экодома передовых технологий –  солнечных батарей (панелей), ветрогенераторов.

рис. 16 «Солнечные батареи»

Работа солнечных батарей  заключается в преобразовании солнечной  энергии в электрическую с  выработкой постоянного тока. Солнечные  панели имеют вид тонкой пластины, которая образует полупроводниковое устройство. Экономия электроэнергии при использовании данного вида технологии составляет порядка 70% и выделяемая энергия экологически чистая. Этот вид устройств можно отнести к альтернативному; это подтверждается тем, что запасов полезных ископаемых, в частности, угля, хватит не так надолго, как энергии солнца.

Это же можно сказать  и о ветряной энергии, которая  постоянна и неисчерпаема. Установив  ветряной генератор, который вырабатывает несколько кВт в час, можно  обеспечить энергией целый экодом.

Минусом ветрогенераторов является неприятный для человека низкочастотный звук, воспроизводимый ими при работе.

Чтобы снабжать экодом должным  количеством кислорода широко применяются  специальные системы вентиляции и кондиционирования. Потери тепла  при этом минимальны, так как в процессе воздухообмена используется система с высокоэффективной рекуперацией тепла. Суть процесса заключается в том, тепло берется из внутреннего воздуха и происходит его непрерывная подача во все помещения, при этом большая часть тепла остается внутри здания.

Отличительной особенностью здания, называемого экодом, является способность получения комфортной температуры как в теплый период, так и в период холодов без  крупногабаритной отопительно-охлаждающей  системы. Летом такой тип сооружения прогревается достаточно быстро, поэтому на этапе, когда рассматриваются проекты экодомов, необходимо заранее продумать наличие разного рода «козырьков», выступов и тентов. Такой прием используется для небольшого затенения окон, светопроницаемость при этом не меняется

Если существует необходимость  дополнительного обогрева помещения, на помощь приходит природная энергия, которая посредством 

солнечных коллекторов  и тепловых насосов переходит  в энергию тепловую. 
           В основе принципа работы теплового насоса лежит использование геотермальной энергии, которая является самым распространенным и постоянным источником тепла. Этот вид энергии заключает в себе два преимущества: первое – ею можно воспользоваться в любое время вне зависимости от погодных условий, второе – стабильная регенерация за счет солнечной энергии и тепловой энергии планеты.

Рис. 17 «Расположение теплового насоса на участке»

Перед тем как начать строительство  экодома, необходимо выбрать наиболее подходящий вариант установки теплового насоса. Первый вариант заключается в бурении скважин, куда размещается в последствии теплообменный контур. В случае если трубы укладываются выше глубина промерзания, можно обойти процесс бурения, но возникнет необходимость полностью перекопать участок.

Также избежать процесса бурения можно, если участок расположен вблизи водоема, в этом случае контур укладывается на дне. Можно и вовсе избежать процесса укладывания теплообменника, перекапывания участка и бурения скважин и установить тепловой насос «воздушным» методом, однако этот способ имеет один довольно неприятный недостаток – он практически перестает функционировать при температуре -15°С.

 

5. Технология производства

5.1 Солнечные батареи

 

                                        Схема производства 
- Подготовка кремниевой пластины, очистка ее после резки, промывка; 
- Структурирование поверхности пластины, создание топологии на ее поверхности, травление; 
- Легирование, нанесение фосфора; 
- Диффузия фосфора, вжигание; 
- Создание P-n-перехода, изолирование его, удаление не нужных слоев; 
- Нанесение антиотражающего слоя SiN; 
- Металлизация (создание металлических контактов на обратной стороне пластины методом трафаретной печати); 
- Сушка и вжигание; 
- Создание контактов на лицевой стороне пластины; 
- Выравнивание пластины; 
- Проверка и тестирование. 
Оборудование под каждый из этапов поставляют европейские и американские компании - RENA, Roth&Rau, DESPATCH, BACCINI, MANZ – одни из мировых лидеров по производству оборудования в сфере солнечной энергетики. В России данные компании представляет ООО «СОВТЕСТ АТЕ».

рис. 18 «Оборудование  для выполнения жидкостной химической обработки»

Пластины на производство поступают практически готовыми к дальнейшему их использованию, необходимо только удалить повреждения, образующиеся на поверхности при резке. В этих целях применяется оборудование для выполнения жидкостной химической обработки, производителем которого является компания RENA (Германия). Помимо этого, установки компании, а в частности система серии InTex, улучшает светоудерживающие свойства пластин путем создания структуры на их поверхности.

рис. 19 «Фото со сканирующего электронного микроскопа»

На картинке приведена фотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, структуры, полученной на поверхности пластины после обработки ее в системе InTex. Данный процесс выполняется с помощью кислотных (реже – щелочных) реагентов. Системы позволяют работать с пластинами диаметром 125 и 156 мм, толщиной от 150 мкм.

рис. 20 «Диффузионная печь»

 

 

Следующий этап – процесс нанесения  на пластину слоя фосфора и его  вжигание, эти процессы могут быть выполнены на одной установке - в                             диффузионной печи компании DESPATCH, которая позволяет выполнять процесс одновременно на двух сторонах пластины. Печи этой компании отличает довольно высокая производительность, однородность поддержания температуры внутри печи и высокая скорость набора температуры, а также способность конфигурирования конвейера как справа налево, так и слева направо.