Съвременни източници на енергия – алтернативи на алтернативитеАко трябва да се обобщят най-адекватно начините на формиране на нови идеи, съвсем на място идва известната сентенция “Нуждата е майка на изобретателността”. А ако тази сентенция е вярна, то тогава едва ли има по-добро време от настоящия момент за откриване на нови методи за доставяне на енергия на човечеството. След преглед на алтернативните източници на енергия се установи, че някои от тях са особено интересни и иновативни и заслужават да бъдат представени.
текст инж. Вера Ангелова
Въртяща се врата-генератор на енергия в Холандия
Да се оползотвори кинетичната енергия, пораждана от множеството движещи се хора е един от най-предпочитаните подходи за създаване на възобновяема енергия. Наскоро в холандското кафене Natuurcafe' La Port бе монтиран генератор на енергия във въртяща се врата, така че всеки път, когато някой посетител влиза в заведението за чаша кафе, той да отдава малко от своята енергия на помещенията.
Тази специална врата е част от интериора на железопътната гара Driebergen-Zeist, проектирана от архитектурната компания RAU и изградена от фирмата Boon Edam. Очаква се ежегодно вратата да генерира около 4600 kWh енергия, което може би не изглежда чак толкова много - но и малкото може да бъде полезно. За оптимизиране на дизайна проектантите са решили да включат прозрачен таван, който да показва как работи системата, и светодиоди за обозначаване на количеството енергия, което се генерира всеки път, когато някой посетител влиза през вратата.
Въртящата се врата е оборудвана със специален генератор, който се задвижва от енергията на хората, приложена към вратата при влизането. Генераторът контролира скоростта на въртене на вратата и осигурява безопасността — производителите са предвидили вероятността някои младежи, в опитите си да открият какво количество енергия могат да произведат да създадат рискови ситуации, като с контролирането на скоростта се предотвратяват евентуални наранявания, които такива дейности могат да им нанесат.
Tаванът на въртящата се врата е направен от стъкло, което е обезопасено и служи за разкриване на тайните на технологията на посетителите. Набор от супер кондензатори съхранява генерираната енергия в ролята на буфер и осигурява непрекъсната доставка на електричество за енергоспестяващите светодиодни лампи в тавана на вратата. В случай, че светодиодните лампи изразходват складираната енергия, контролното устройство ще се превключи към главното електрозахранване на сградата. По такъв начин се гарантира, че вратата ще бъде осветена винаги, дори когато има минимален поток преминаващи през нея посетители.
Няколко светодиодни скали във вратата показват количеството енергия, което се генерира. Когато през вратата се преминава бавно, скалата се намира в червената или оранжевата зона, а при нормално или бързо преминаване тя отива в зелената зона, което означава, че се генерира значително количество електроенергия. Друг светодиоден индикатор на контролното устройство показва кога осветлението на въртящата се врата се захранва от произведена от хората енергия или от главното електрозахранване. На въртящата се врата са залепени стикери “Енергия, произведена от хората”, за да могат посетителите да имат представа за своя принос. Общото количество енергия, генерирано от въртящата се врата, се натрупва и се показва на голям дисплей вътре в сградата.
На практика, поради специфичното си разположение и функция при вратата-генератор се налагат ограничение на скоростта на движение, което не позволява тя да произвежда енергия за цялата сграда —произведената енергия стига само за осветлението на вратата. Но дори и това спомага за намаляване на потреблението на енергия, тъй като според популярната концепция в развитите страни и най-малкото икономисано количество енергия е от значение. Направени са изчисления, които показват, че в тази ситуация се реализират икономии на енергия от около 4 600 kWh годишно, което се дължи не само на генерираната енергия, но и на факта, че вратата намалява обмена на затоплен/хладен въздух с външната среда.
Подове-генератори на енергия за метростанциите на Токио
Когато Източната японска железопътна компания (JR East) решава да инвестира в алтернативни енергийни източници, се оказва, че не е необходимо да търси по-добър източник на енергия от собствените си потребители. Наскоро компанията реши да осъвремени гарата си в Токио с коренно нов пиезоелектричен под, който генерира енергия. Устройството ще събира кинетичната енергия от преминаващите хора, за да захранва билетните портали и дисплеите на системата.
Пиезоелектричният под е нова технология за разнообразни приложения, която бавно си пробива път в сферата на разработването на алтернативни източници на енергия. В крайна сметка, човешката енергия е на разположение на почти всяко място със силен пешеходен трафик, като например места за танцуване или туристически забележителности. Наистина вълнуваща беше новината, че компанията JR East ще инсталира такива системи в подовете на една от най-оживените гари на метрото по света.
През миналата година тези системи са били подложени на изпитвания от компанията JR East. Впоследствие те са били подобрени и разширени посредством замяна на покритието от гума на пода с каменни плочки и оптимизиране на разположението на генериращите енергия механизми. С това общата площ на подовото пространство се увеличава с 25 кв. м. и се очаква, че ще може да се произвежда над 1,400kw енергия на ден, което е повече от достатъчно за захранване на оперативните системи на компанията.
Потенциалът на водорода
Проектът Shimuzu Mega-City Pyramid е разработен като предложение за облекчаване на проблема с постоянно нарастващото население на Токио. Този проект предвижда в една конструкция с височина от 3 000 фута, разположена в средата на Токийския залив, да се помести цял град, снабден с всичко необходимо и обслужван от експресни транспортни системи. Един от многото проблеми, които този проект трябва да реши, е как ще се захранва конструкцията с електричество. Засега отговорът е – чрез водородни горивни клетки.
Вероятно всеки е чувал за такива горивни клетки. На практика, за реализиране на такъв енергетичен модел е необходимо само да се реши въпросът откъде може да се получава необходимият водород – въпрос, с които са ангажирани редица учени от цял свят.
Въпреки че това е най-широко разпространеният елемент във вселената, повечето водород на земята е свързан с други елементи, например с кислорода в водната молекула. Отделянето на водорода от другите химични елементи в съединенията не е лесна работа и изисква много средства.
Понастоящем учените разглеждат възможността застоялите колонии от водорасли във водните басейни да произвеждат водород по естествен път. Някои видове водорасли съдържат ензим, наречен хидрогеназа, който може да създава малки количества водороден газ. Големият въпрос е как да се въведе този ензим в процеса на фотосинтеза, така че да може да се генерират същите или почти същите като на кислорода количества водород. Засега това е нещо, което се прави само в лабораторни условия и в малки мащаби, но учените се надяват, че ще успеят да възпроизведат процеса в големи мащаби.
Обнадеждаващото в развитието на тази теория е, че водораслите могат да съществуват дори при особено сурови природни условия, например в пустини или области, където има много отпадъци. Това подхранва надеждите на учените, че ще могат да намерят начин тези организми да произвеждат водород, който да се използва за пречистване на отпадъци, като същевременно при този процес се произвежда алтернативна и екологична енергия за хората.
Големият проблем тук е, че самият процес все още не е отработен в подробности. Когато (и ако) това стане, ще възникне въпросът за съхранението и транспортирането, тъй като в естествено състояние водородът е силно възпламеним. С евентуалното превръщане на водорода в масово използван източник на енергия ще трябва да бъде решен и въпросът за безопасността на хората.
На гребена на вълните
Както можахме трагично да се убедим от опустошителното цунами в Индийския океан през 2004 г., вълните могат да крият огромни количества енергия. При нормални обстоятелства, обаче, вълните са напълно еднотипни и равномерно прииждащи – и това им дава потенциала да бъдат източници на енергия за електрозахранване.
От много години учени и изобретатели се опитват да разработват устройства, които да са в състояние да оползотворяват енергията от вълните. Едва наскоро, през есента на 2008 г., започна да функционира първата промишлена инсталация за добив на енергия от вълните, в морето край португалския бряг при Агусадура.
Проектирани и изградени от Pelamis Wave Power за компанията Enersis, тези три P-1 A конвертора на енергия от вълните, всеки с тегло около 700 тона, произвеждат общо 2.25 MW електричество за около 1 500 домакинства през върховите часове на денонощието. Всеки конвертор на енергия се състои от четири съчленени секции. Когато вълните се движат нагоре и надолу, тези четири секции също се движат. Хидравличните тарани по местата на съчленяване на секциите използват движението на вълните, за да задвижват генератори, които произвеждат енергия, която се пренася по подводен електрически кабел до подстанцията в Агусадура и постъпва в общата мрежа за електрозахранване на Португалия. Планира се в станцията в Агусадура да бъдат инсталирани 25 допълнителни конвертора, с което общото производство на електроенергия ще нарасне до 21 MW.
Компанията Pelamis, както и други компании, продължават да разработват и усъвършенстват други модели конвертори за добив на енергия от вълните.
Най-очебийната пречка за развитието на този начин за добив на енергия е липсата на оценка на евентуалното въздействие на такива инсталации върху морската флора и фауна. Към настоящия момент въпросите са повече от отговорите. В ход са многобройни проучвания в търсене на верните отговори.
Това, което се знае със сигурност е, че силата на световните океани може да бъде наистина свирепа. Един проблем от първостепенно значение при проектирането и конструирането на конвертори на енергия от вълните е как да се осигури дълготрайността им под въздействие на силата, която те са предназначени да оползотворяват. Освен това, инсталирането и ремонтът на такива системи не са евтини поради специфичните затруднения при работа в крайбрежните области.
Алтернативна енергия от дъжда
Работата за откриване на алтернативни източници на енергия наистина е впечатляваща с това, че едва ли не всичко – от слънцето до движението на океана – може да бъде оползотворено. Но има още един богат източник на възобновяема енергия, който досега е останал почти неизползван: дъждът. Получаването на енергия от падащите дъждовни капки може да изглежда очевидна идея от типа "Ей, как не съм се сетил!", но досега този богат (макар и не съвсем надежден) източник на енергия не е бил оползотворен.
Понастоящем екип от учени, специализирани в микроелектрониката, от изследователския институт CEA/Leti-Minatec в Гренобъл, Франция, са разработили система, която възстановява вибрационната енергия от пиезоелектрична конструкция подложена на въздействието на падащи дъждовни капки. Системата работи с дъждовни капки с диаметър от 1 до 5 mm и симулациите показват, че от една по-голяма "поройна" капка може да се получат до 12 миливата енергия.
В едно проучване, публикувано в Smart Materials and Structures, издание за физика, авторите Ромен Гидон, Тома Жаге, Гислен Деспрес и Жан-Жак Шайу описват как става възможно да се възстанови енергията на дъждовните капки. За да измерят тази енергия, те изграждат "уловител” на дъжд, позволяващ им да контролират количеството вода, което пада върху пиезоелектричен материал, в техния случай направен от поливинилиденов флуорид. „Пиезоелектричен” е този материал, който може да преобразува механичната енергия в електрическа. Техните находки са интересни: бавно падащите капчици произвеждат повече енергия от бързо падащите и, както би трябвало да се очаква, по-големите капки генерират по-големи количества енергия.
Общото количество енергия, възстановена по този начин, засега не е голямо. Проведените симулации са показали, че от една капка може да се генерира между 1 микроват и 12 миливата енергия . Какво всъщност означава това? Очакванията са, че на всеки квадратен метър повърхност процесът може да генерира около 1 ват-час енергия на година. Едва ли скоро това ще е в състояние да захранва реално електрично устойство, но перспективите за развитие са обещаващи. В крайна сметка, пиезоелектричните материали са една засега все още нова технология.
Реално за скептиците това е още една странна идея, която в настоящия момент едва ли ще произведе някакво значително количество енергия, но не бива да се съмняваме в научния напредък, защото несъмнено така се е казвало и за слънчевата енергия преди време.
Необходимостта наистина е майка на изобретателността, но големите идеи не винаги „просто идват”. Както е казал Едисон, “Аз никога не съм направил нищо случайно и нито едно от моите изобретения не се е появило случайно; те всички са резултат на работа.” Надеждите ни са, че всички ще продължат да работят за едно „по-зелено” бъдеще. 23/09/2009 |
