Реферат по физике "Энергетика будущего" Романовой Анастасии, ученицы 11 класса

• 1 слайд

  Реферат по теме «Энергетика будущего»
  ФИО автора: Романова А.А.
  Ученица 11-а класса МБОУ СОШ №1 п. Восточный.
  Предметная область: естествознание.
  Руководитель: Хисамудинова Ирина Геннадьевна.
  Учитель физики МБОУ СОШ №1 п. Восточный.
  
  

• 2 слайд

  Энергетика будущего.
  

• 3 слайд

  Возникает проблема: ограниченность запасов нефти, газа и урана наряду с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления.
  Выход: необходимы структурные, технологические и иные изменения в топливно-энергетической отрасли в период до 2030 года, нужен новый лидер энергетики.
  
  

• 4 слайд

  Цель моей работы: исследовать традиционные источники энергии и энергетические установки будущего, их эффективность и перспективы использования.
  Объект исследования: энергетика настоящего и будущего.
  Гипотеза: если запасы газа, нефти и урана закончатся, то человечество найдет способ добыть энергию из других источников для обеспечения достойной жизни.
  

• 5 слайд

  Этапы исследования энергии:
  Изучение традиционных источников энергии (газовой, нефтяной и атомной отрасли энергетики);
  Изучение альтернативных источников энергетики (солнечной, приливной, геотермальной энергетики, энергии ветра, термоэлектричество и «жировой» энергетики);
  Изучение стратегии развития энергетики будущего (термоядерной энергетики, Магнитно – Гидро – Динамических – генераторов, водородных технологий и энергии космоса)
  

• 6 слайд

  1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей
  В рамках энергосберегающей политики необходимо решить следующие задачи:
  1) прекратить сооружение и разработку проектов сверхмощных энергетических комплексов и сверхдальних электропередач;
  2) проводить независимую экологическую экспертизу проектов;
  3) создать условия для здоровой конкуренции между производителями электроэнергии;
  4) развернуть широким фронтом проектирование и строительство экологически чистых ТЭС, рассредоточенных по всей территории России;
  5) нацелить научно-исследовательские институты, на создание эффективного энергетического оборудования малой и средней мощности.
  
  

• 7 слайд

  1.2. Перспективы развития атомной энергетики.
  

• 8 слайд

  2. Альтернативные источники
  энергии.
  

• 9 слайд

  2.1. Солнечная эра энергетики.
  
  Развитие солнечной энергетики может идти по трем направлениям:
  - солнечная энергетика в космосе;
  - наземная солнечная энергетика;
  - применение ТЭП преобразователей в солнечной энергетике.
  Преимущество солнечной энергии:
  - ее источник практически неисчерпаем;
  - она экологически чистая.
  
  

• 10 слайд

  Космические солнечные электростанции
  

• 11 слайд

• 12 слайд

• 13 слайд

  2.2. Энергия
  ветра
  
  Среди возможных конструкций четко выделяются два направления:
  - сооружение сравнительно небольших установок мощностью до 15 кВт для подъема и перекачки воды, для вспомогательной энергетики, такой, как подзарядка аккумуляторов и т. д.
  - разработка и создание более мощных ветродвигателей для производства элек­троэнергии.
  
  

• 14 слайд

  2.3. Приливная энергетика
  
  

• 15 слайд

  2.4. Геотермальная энергетика.
  
  

• 16 слайд

  2.5. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.
  
  

• 17 слайд

  2.6. «Жировая» энергетика
  

• 18 слайд

  3. Стратегия развития энергетики будущего
  
  

• 19 слайд

  3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего
  
  D + T = 4Не + n + 17,6 МэВ
  Из одного килограмма изотопов водорода выделяется в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сжатии одного килограмма угля.
  
  

• 20 слайд

  Решетить проблему управляемого термоядерного синтеза можно двумя путями:
  
  1 путь. «Токамак» - реактор термоядерного синтеза.
  
  
  

• 21 слайд

  2 путь. Лазерная термоядерная энергетика.
  
  

• 22 слайд

  3.2. Магнитно – Гидро - Динамические – генераторы.
  

• 23 слайд

  3.3. Водородные технологии.
  
  Преимущества:
  источник водорода безграничен - вода океанов и морей.
  продукт сжигания водорода — чистая вода — не загрязняет атмосферу.
  У водорода наивысшая теплотворная способность. При сжигании килограмма водорода выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании килограмма бензина.
  

• 24 слайд

  3.4. Энергия космоса.
  

• 25 слайд

  Выводы:
  Будущее энергетики прогнозируемо, уже написано множество сценариев преодоления энергетического кризиса. Может быть основой энергетики будущего станет вакуум.
  Необходимо разумное сокращение энергетических потребностей, энергосберегающая политика и рациональное использование природных ресурсов.
  В России есть все необходимые условия эффективного внедрения новых энергетических технологий.
  

• 26 слайд

  Спасибо за ВНИМАНИЕ!!!
  

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

МБОУ средняя общеобразовательная школа №1 п.Восточный 

Сосьвинского городского округа

Общеобразовательная область: естествознание

Предмет: физика

Энергетика  будущего

                                                                      Исполнитель:

                                                                               ученица XI-а класса

                                                                           Романова Мария

                                                            Руководитель:   Хисамудинова И.Г.

учитель физики, высшей категории

                                    2015

Содержание:

Введение. 3

1.Традиционная энергетика. 5

1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей. 5

1.2. Перспективы развития атомной энергетики. 9

2. Альтернативные источники энергии. 11

2.1. Солнечная эра энергетики. 11

2.2. Энергия ветра. 20

2.3. Приливная энергетика. 21

2.4. Геотермальная энергетика. 22

2.5. Термоэлектричество. 23

2.6. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего. 24

2.7. «Жировая» энергетика. 25

3. Стратегия развития энергетики будущего. 26

3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего. 26

3.2. МГД - генератор. 34

3.3. Водородные технологии. 35

3.4. Энергия космоса. 39

Заключение. 42

Литература. 45

Если повышение эффективности существующих технологий не поможет остановить глобальное потепление, спасут ли положение новые экологически чистые источники энергии? Пока рано на них рассчитывать, но сбрасывать их со счетов тоже нельзя.

                                       Уэйт Гиббс

                Введение

Человечество идёт по пути всё более интенсивной смены энергоисточников. В 19 веке люди едва освоили уголь. А уже с начала 20 века потребление энергии на земном шаре выросло в 11 раз, при этом количество людей увеличилось только в 4 раза. Появились источники на нефти, газе, воде, расщеплении атома. 21 век только начался, а во Франции уже строят первый экспериментальный термоядерный реактор. 20% мировой энергетики переведено на возобновляемые источники. По отдельным оценкам, к концу 21 века их доля возрастёт до 60-90%. В общей сумме мощностей электрогенерации эти источники России составляют только 0,5%, и отечественное будущее солнечных и ветряных источников экспертами ставится под сомнение.

Примерно на 2010 год пришелся пик использования нефти, далее же 21 век пройдёт под знаком газа. При консервации ядерной энергетики и жёсткой политике по выбросам СО₂ производство электроэнергии станет дороже к концу века примерно в 4 раза (из материалов публичной лекции Иркутского научного собрания института геохимии им. А. П. Виноградова). Сегодня около 75-80% электроэнергии производится за счёт нефти и газа. При этом около трети прогнозных запасов не подтверждается. На месторождения, равные по объёмам месторождениям Западной Сибири, рассчитывать не приходится. На сколько хватит запасов газа и нефти, на 80 или на 100 лет?

      Ограниченность запасов нефти в совокупности с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления приведет к существенным структурным, технологическим и иным изменениям в топливно-энергетической отрасли, а следом и во всей мировой экономике в период до 2030 года. Ясно, что нужен новый лидер энергетики. Запасы урана в сравнении с запасами угля вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса уран содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить намного меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю...

 Несомненно, в будущем параллельно с интенсивным развитием энергетики будет развиваться и экстенсивное: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении. Яркий пример тому — быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстро  вбирает в себя все самые новейшие достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со всем, все зависят от нее. Поэтому энергохимия, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме и т.д. – это, я уверена, всего лишь наиболее яркие штрихи того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днем энергетики. И я  в нем буду участвовать.

Какой видится завтрашняя энергетика сегодня? Можно разделить все имеющиеся способы получе­ния электрической энергии на две большие группы. К первой группе можно отнести, так сказать, электрическую энергию рукотворную. Тут и ГЭС, и ТЭС, и АЭС, тут термоядерные реакторы, МГД - генераторы, термоэлек­трогенераторы, термоэмиссионные преобразователи и топливные элементы. Ко второй — энергию, которую нам дарит природа: то есть гелиоэнергетика, энергия геотермальная,  энергия   ветра,   волн   и   приливов, энергия физического вакуума, генетически модифицированные микроорганизмы, производящие водород и т. д.

         1.Традиционная энергетика

          1.1. Перспективы нефтяной и газовой отраслей

         Каких бы высот ни достигла современная индустриально-технологическая цивилизация к настоящему моменту, и какие бы радужные перспективы автоматизации нашей сумасшедшей жизни в каменных лабиринтах мегаполисов ни рисовали нам компании-производители электронной техники, стоит исчезнуть колоссальному потоку энергии, питающему нашу цивилизацию  -  и мир остановится.

         Поток энергии движет цивилизацию, в стальных жилах гигантского индустриального организма бежит черная кровь - нефть. События последнего времени указывают нам на серьезные грядущие изменения. Цены на "кровь цивилизации" растут небывало высокими темпами. Это происходит на фоне драматических событий на политической сцене – затянувшаяся война в Ираке, международный терроризм, обострение противоречий между Западным миром и остальными странами (которым и принадлежит большая часть нефтяных запасов). То, что происходит сегодня, является предвестником глубоких структурных изменений.

         В настоящее время нефть является основным сырьем для производства топлив для автомобильного, авиационного, морского и частично железнодорожного транспорта. Существенна роль тяжелых фракций нефти (мазутов) для поддержания устойчивой работы угольных теплоэлектростанций, доля которых в производстве электроэнергии доходит в настоящее время до 40%. Кроме того, многие теплоэнергетические установки малого и среднего масштаба, такие как, котельные, различного рода технологические печи и т.д. также работают на продуктах переработки нефти. По прогнозам при нынешних темпах роста мирового потребления энергии максимум добычи нефти придется на период между 2010 и 2020 годами. При этом значительная доля спроса на энергию все равно не будет удовлетворена.

         Значение топливно-энергетического комплекса ощущается в последнее время с особой остротой. Стоило только поднять цены на энергоносители, как сразу подорожали хлеб и транспорт, отопление квартир и металл, уборка улиц и обеды в столовой. К 2020 году более 90 % населения Земли будет проживать в мегаполисах. Это приведет к драматическому росту потребления электроэнергии, по некоторым оценкам более чем в 2 раза. Задача реструктуризации энергетической отрасли и снижения себестоимости электроэнергии является уже в наши дни более чем актуальной.

         Дешевая энергия (точнее, искусственно заниженная цена на нее) сделала экономически невыгодными практически все энергосберегающие технологии. Нужно переходить на новые экономичные технологии в промышленных масштабах, заменять изношенное оборудование более совершенным, применять высокоэффективные теплоизоляционные материалы и т.д. Директор ИСЭМ СО РАН, член-корреспондент РАН, профессор Николай Воропай считает, что российская электроэнергетика нуждается в модернизации. Мощности, которые вводились в эксплуатацию в 50-60-х годах, «устарели морально и физически». «Все технологические процессы, которые сегодня в России доведены до производства, были известны более полувека назад, - отмечает учёный. - На Западе всё это время шла интенсивная замена технологий, мы же «вырабатывали» старый ресурс». Экономика России после «коллапса» 90-х годов постепенно начала развиваться, и через несколько лет страна может столкнуться с проблемой электрического голода. Поэтому именно сегодня нужно начать модернизацию источников и перевод их на иные виды топлива. В будущем России придётся задуматься о диверсификации самой энергетической системы (отход от единых крупных станций и комбинирование малых и больших источников), об использовании малых источников с высоким коэффициентом полезного действия.

         Главным перспективным направлением в настоящий момент является увеличение относительной доли природного газа в производстве электроэнергии. Это обусловлено доступностью природного газа и большими разведанными запасами во многих регионах мира, относительной легкостью добычи, возможностью транспортировки, как по газопроводам, так и в контейнерах в сжиженном виде (морская транспортировка танкерами), высокими теплотворными характеристиками газового топлива, высокой надежностью соответствующего теплоэнергетического оборудования (по сравнению, например, с оборудованием для угольного топлива). Возможностью повышения эффективности теплоэнергетических циклов за счет использования газовых турбин с более высоким коэффициентом полезного действия, не менее 60%, чем паровые турбины, КПД которых 40%. Представляется целесообразным перевод на газовое топливо технологических печей стекловарной, металлургической и других отраслей промышленности. В северных штатах США такой переход к настоящему моменту завершен уже на 80%. Природный газ - это, наряду с углем, источник электроэнергии в будущем. Однако при выходе мировой энергетики на прогнозируемый уровень производства энергии запасов природного газа хватит на 60 - 80 лет. Представляется перспективным использование в дальнейшем природного газа из карбогидратов, являющихся составной частью отложений на морском дне. В случае успеха коммерциализации технологии получения природного газа из карбогидратов, их запасов хватит более чем на 100 лет.

         В рамках энергосберегающей политики необходимо решить в первую очередь следующие задачи:

1) прекратить сооружение и разработку проектов сверхмощных энергетических комплексов и сверхдальних электропередач;

2)  проводить независимую экологическую экспертизу проектов;

3) создать условия для здоровой конкуренции между производителями электроэнергии;

4) проанализировать экономическую обоснованность отечественных теплофикационных систем в сравнении с зарубежной практикой;

5) развернуть широким фронтом проектирование и строительство экологически чистых ТЭС, рассредоточенных по всей территории России;

6) нацелить научно-исследовательские институты, выведенные из-под контроля монополий, на создание конкурентоспособного, эффективного энергетического оборудования малой и средней мощности.

Чтобы и дальше наслаждаться образом жизни, к которому все мы так привыкли, человечеству придется начать технологический марафон, финишная черта которого едва различима сквозь дымку грядущих десятилетий. Нужен стратегический план борьбы за сокращение выбросов углекислого газа, столь необходимой после многих десятилетий необузданного загрязнения атмосферы. Своевременно и продуманно применяя существующие технологии, первых результатов можно добиться без ущерба для мировой экономики. Однако успех задуманного зависит от того, сможет ли общество использовать весь спектр технологий сокращения выбросов CO2. Поскольку нефть и газ дорожают и иссякают, энергетика будет становиться все более «углеродной» из-за интенсивного использования каменного угля. Прогресс в разработке технологий газификации твердых топлив может поставить уголь в технологическом смысле на одну ступень с природным газом. Запасы каменных углей и горючих сланцев весьма велики. Однако уголь не является "удобным" топливом. Наряду с древесиной, сельскохозяйственными отходами и муниципальным мусором он относится к категории переработанного или плохого топлива (solid fuels или bad fuels в английской терминологии).  Ведь сжигание органи­ческих веществ в больших масштабах, будь то уголь, нефть, дрова или водоросли является весьма опасным с точки зрения экологии: в атмосферу выбрасывается большое количество угле­кислого газа, что может привести к парниковому эффекту. К каким природным и климатическим последствиям может привести такое потеп­ление, трудно предсказать. Кроме того, в настоящее время не существует безотходной технологии сжигания органическо­го топлива. Большое количество сернистого газа, других вред­ных для человека веществ, а также сажи выбрасывается в атмосферу. Если при существующей технологии увеличить добычу энергии за счет органического топлива в 5-10 раз, то это может привести к сильному загрязнению окружающей среды. Кроме того, в США, Китае и Индии планируется строительство 850 угольных электростанций, а ведь ни одна из названных стран не подписала Киотский протокол. К 2012 г. объемы выбросов из этих станций в 5 раз превысят уменьшение, достигнутое благодаря Киотскому соглашению.

         1.2. Перспективы развития атомной энергетики.

Первая половина 20 века завершилась крупнейшей победой науки – техническим решением задачи использования громадных запасов энергии тяжелых атомных ядер – урана и тория. Сегодня 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции. Заметную, хотя пока не определяющую, роль АЭС играют в США и России.

Нужно ли развивать атомную энергетику?   Выработка энергии на АЭС и АСТ (атомных станциях теплоснабжения) – это наиболее  экологически чистый способ получения энергии из всех, какие человечество может использовать в ближайшем будущем. Не может произойти замены атомной энергии на энергию ветра, солнца, подземного тепла и т.д.

Спасти нашу планету от загрязнения миллионами тонн углекислого газа, окиси азота и серы, которые постоянно выбрасываются ТЭЦ, работающими на угле, мазуте, перестать сжигать в огромных количествах кислород, можно лишь с помощью атомной энергетики. Но только при выполнении одного условия: "Чернобыль" не должен повториться.

В России накоплен многолетний опыт сооружения и эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР – водо – водяных энергетических реакторов (аналогичными американским PWR), на базе которых может быть в относительно короткие сроки создан в большей степени безопасный энергетический реактор. Такой, что в случае аварийной ситуации все радиоактивные осколки деления ядер урана должны остаться в пределах защитной оболочки.

Развитые страны с большим населением в обозримом будущем не смогут из-за экологических проблем обойтись без атомной энергетики даже при некоторых запасах обычных видов топлива. Режим экономии энергии может лишь на некоторое время отодвинуть проблему, но не решить ее.

В последнее время предлагаются различные конструктивные решения атомных станций. В частности, компактную АЭС разработали специалисты Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения “Малахит”. Предлагаемая станция предназначается для Калининградской области, где проблема энергоресурсов стоит достаточно остро.

Разработчики предусмотрели использование в АЭС жидкометаллического теплоносителя и исключают возможность возникновения на ней радиационно- опасных аварий, в том числе при любых внешних воздействиях. Станция отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Все ее основное оборудование предполагается разместить глубоко под землей — в проложенном среди скальных пород туннеле диаметром в 20 м. Это дает возможность свести к минимуму число наземных сооружений и площадь отчуждаемых земель. Сегодня существуют технологии создания ядерных реакторов на быстрых нейтронах.  В них возможна переработка и сжигание радиоактивных отходов. Так, в Физико-энергетическом институте Обнинска и Институте ядерной физики РАН проповедуется идея, что методику технически можно довести до такого состояния, что излучение реактора будет равным естественному фону урановых руд.

Очень важно внедрение атомной энергетики и в систему теплофикации городов, создание атомных электроцентралей - АТЭЦ и атомных станций тепло­снабжения - ACT. При их постройке должны быть учтены дополнительные требования по без­опасности населения и обеспечению радиоактивной чи­стоты  на  любых    режимах    работы     реакторов.  Ведь АТЭЦ и ACT будут сооружаться непосредственно в чер­те города.

Первые такие станции уже работают, обеспечивая теплом и электроэнергией дома. Особенно целесообраз­ны они в отдаленных местах, лишенных дешевых тран­спортных путей, куда стоимость доставки топлива делает его поистине золотым, как, например, в северо-во­сточную часть Сибири.

Стоит заметить, что запасов ядерного топлива, сжигаемого в атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии урана и тория хватит лишь на 100 – 200 лет. За этот же срок исчерпаются запасы угля и нефти. Нужен новый альтернативный источник энергии.

         2. Альтернативные источники энергии.

         2.1. Солнечная эра энергетики.

 Время диктует необходимость быстрого совершенствования процессов улавливания и преобразования абсолютно чистой во всех отношениях солнечной энергии.

Развитие солнечной энергетики может идти по трем направлениям:

- солнечная энергетика в космосе;

-  наземная солнечная энергетика;

- применение ТЭП в солнечной энергетике.

Преимущество солнечной энергии:

- ее источник практически неисчерпаем;

- в экологическом отношении она совершенно не загрязняет окружающую среду вредными для всего живого продуктами и гибельной радиацией.

 В ограниченных масштабах солнечная энергия уже используется, например, для нагревания воды и обогревания жилищ. В удаленных районах нашей страны работают сотни небольших солнечных электростанций. Они питают береговые маяки и бакены, дают энергию метеостанциям и водоподъемникам, помогающим осваивать пустыни. Правда, вырабатываемое ими электричество в десятки раз дороже. Это существенно сдерживает развитие наземной солнечной энергетики. Специалисты видят возможность снижения стоимости вырабатываемой наземными солнечными электростанциями энергии на один - два порядка, если сюда будут приложены значительные усилия и материальные затраты.

1. Солнечная энергетика в космосе. Перед ней открываются замечательные перспективы. О развитии этого направления очень заботился, будучи руководителем советской космической программы, академик М. В. Келдыш. На его совещаниях не раз рассматривались различные варианты конструкций орбитальных солнечных электростанций, способы выведения и сборки в космосе, вопросы создания пленок для солнечных батарей, проблемы преобразования энергии и передачи ее на Землю с учетом охраны окружающей среды и экономического эффекта.

В наши дни проблема овладения солнечной энергией космоса становится одним из основных стимулов развития внеземного производства, подобно тому, как в конце прошлого века она послужила основой самого рождения научной космонавтики. Тогда К. Э. Циолковский поразился общеизвестному факту, что почти вся энергия Солнца пропадает бесполезно для людей, и целеустремленно стал искать способ овладения всей этой энергией. В результате им была создана теория реактивного движения и изобретена ракета на жидком топливе как реальное средство осуществления космических полетов. «Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле» - писал Циолковский в 1912 году.

В 1927 году он писал: «Солнечная энергия — главное; только мы не умеем ею пользоваться, и мешает тому еще атмосфера… Эта энергия подобна электрической, и потому найдут средства ее почти целиком переводить в механическую, химическую и прочие виды энергии. Только наше невежество заставляет нас пользоваться ископаемым топливом. Да и надолго ли хватит минерального горючего?»

Успехи космонавтики открыли перспективы создания в будущем грандиозных космических солнечных электростанций (КЭС) для снабжения энергией не только аппаратов и сооружений, работающих на орбитах, но и Земли.

Сбор  лучистой энергии Солнца в космосе, преобразование ее в электрическую и передача на Землю для использования в народном хозяйстве имеют принципиальные преимущества по сравнению с ее улавливанием наземными установками. Среди них повышенный уровень солнечной радиации, непрерывность процесса производства энергии, возможность развертывания в космосе сооружений грандиозных размеров, уменьшение расхода конструкционных материалов, минимальное влияние на окружающую среду в процессе эксплуатации системы.

В настоящее время солнечная энергия в космосе используется на космических аппаратах для обеспечения жизнедеятельности экипажа и энергоснабжения аппаратуры. Идею электроснабжения Земли с помощью космических солнечных электростанций впервые высказал известный популяризатор космической техники летчик - инженер Н. А. Варваров: «...когда люди научатся передавать электроэнергию из космоса на Землю без проводов, подобно тому, как сегодня осуществляется связь по радио, творческая мысль человека направит свои усилия на создание космических гелиоэлектростанций, снабжающих жителей Земли электроэнергией в неограниченном количестве» («ТМ», № 3, 1960 год, с. 34).

 Космические солнечные электростанции с термодинамическим (сверху) и фотоэлектрическим способами преобразования лучистой энергии Солнца в электричество.

В дальнейшем американский ученый П. Глазер в своих работах 1968-1971 годов конкретизировал проектный облик КЭС, включая систему направленной передачи энергии из космоса на Землю в СВЧ диапазоне волн. Крупнейшие американские аэрокосмические корпорации Боинг, Рокуэлл Интернэйшнл и другие разрабатывали технические проекты КЭС и сопутствующих им наземных и космических комплексов, привлекая к работам радиотехнические, электронные и электротехнические фирмы. КЭС - это грандиозные сооружения, не имеющие аналога в истории космической техники. Для наших це­лей лучше всего выбрать так называемую геостационар­ную орбиту, удаленную от Земли на 35 800 километров. Ее период обращения ровно 24 часа, сутки! Тут пред­меты как бы зависают над Землей, стынут в недвиж­ности.

Наземные и космические комплексы, сопутствующие КЭС.    1 и 2 — КЭС с ракетной, 3 и 4 — РН, 5 — 8 — сборка КЭС, 9 — центр управления.

Геостационарные или геосинхронные орбиты уже освоены: тут давно прижились трансляционные спутни­ки связи.

При полезной мощности в 5 млн. кВт масса станций на рабочей орбите оценивается в 20 - 60 тыс. т. в зависимости от способа преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую, массового совершенства энергоустановки и системы направленной передачи энергии из космоса на Землю.

Использование фотоэлектрического способа непосредственного преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую, на основе полупроводниковых солнечных элементов, обладающих коэффициентом полезного действия в диапазоне 10 - 20%, влечет за собой построение солнечных коллекторов большой площади.

Турбомашинный, или термодинамический способ преобразования энергии солнечной радиации в электрическую с помощью системы - солнечная печь, турбина, генератор - характеризуется предварительным преобразованием лучистой энергии в тепловую. КПД турбомашинного способа может быть доведен до 40% и более, однако использование металлоемких систем - турбины, радиаторов, электрогенератора - приводит к возрастанию массы электростанции.

Для сборки, развертывания, доставки на рабочие орбиты и обслуживания КЭС в космосе потребуется грузовые сверхмощные ракеты-носители (РН), с помощью которых элементы КЭС должны выводиться с Земли на низкую околоземную орбиту отдельными квантами массой от 100 до 600 т.

По расчетам специалистов, создание системы КЭС позволит транслировать на Землю электроэнергию полезной мощностью 1,5 млрд. кВт, что почти соответствует мировому производству электроэнергии в 2000 году. При единичной мощности серийной КЭС в 10 млн. кВт число эксплуатируемых станций должно составить 150 единиц. Общая масса станций, составленная массами солнечных батарей, алюминиевых конструкций, распределительных сетей, электронных приборов и других элементов, будет фантастической - 5-10 млн. т. Для выведения этого груза и средств орбитальной транспортировки на низкие околоземные орбиты с помощью сверхмощных РН потребуется ракетного топлива суммарной массой порядка 200 - 400 млн. т. Для возмещения электроэнергии, затраченной на производство и выведение одной КЭС, потребуется ее работа в течение двух лет.

Выведение элементов КЭС с Земли на низкие околоземные орбиты с помощью высокоэкономичных, сверхмощных РН будет сопровождаться засорением атмосферы горячими продуктами сгорания ракетного топлива, до 1015 ккал при производстве и выведении только одной КЭС. Это чревато серьезными экологическими нарушениями, изменением установившегося равновесия глобальных атмосферных процессов. Таким образом, ресурсные и экологические ограничения представляют собой весьма серьезные проблемы, стоящие на пути перевода мировой энергетики в новое русло.

Можно использовать для строительства КЭС материалы Луны и астероидов. По оценкам специалистов, космическая электростанция на 90% может быть изготовлена из лунных и других внеземных материалов. В космическом пространстве должны быть созданы эффективные системы добычи, переработки и транспортировки сырья, производственные и сборочные комплексы, что потребует, в свою очередь, создания орбитальных станций с большой численностью экипажа, лунных баз и станций и, следовательно, выведения с Земли полезных грузов большой массы. К сожалению, расчеты показывают, что при строительстве КЭС из внеземных материалов сырьевая и экологическая проблемы в значительной степени остаются в силе.

Лунно-орбитальный производственный комплекс по созданию КЭС.  КЭС на внутренней гелиоцентрической орбите.

Принципиально иной способ разрешения заключается в том, что КЭС создаются в областях околосолнечного пространства на расстояние орбиты Меркурия и даже ближе, с повышенным уровнем солнечной радиации.

Если у Земли мощность потока лучистой энергии Солнца на один квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно к лучам (солнечная постоянная), равна 1,4 кВт/м2, то на расстоянии 0,1 астрономической единицы от Солнца уже 140 кВт/м2. Т. е. что при выведении КЭС на круговую орбиту вокруг Солнца радиусом около 15 млн. км солнечных батарей будет на два порядка меньше, чем у электростанции той же мощности на геостационарной орбите.

         Передача энергии на Землю может быть осуществлена СВЧ лучом или лазерным лучом. Первый способ характеризует благоприятные условия прохождения луча через атмосферу, высокие КПД прямого и обратного преобразования, возможность использования созданных и отработанных СВЧ приборов. А на Земле потоки энергии примет ректенна   (гибрид английских слов «rectifier» и «antennа» — выпрямитель и антенна). Они предназначены для
одновременного приема СВЧ - колебаний и выпрямления их в постоянный ток.

         Ректенна мощностью в 10 миллионов кВт займет на Земле площадку диа­метром в 7,4 км, энергия будет частично использована для производства горючего (разложение воды электролизом на водород и кислород), на производство алюминия и на потребу других энергоемких промышленных ком­плексов, частично будет использована как электро­энергия.

Техническая сторона дела развивается успешно. Но есть еще и другая сторона — экологиче­ская! Мощные пучки СВЧ - излучения (порядка 200 ватт на квадратный метр) могут вызвать локальный перегрев воз­духа. Птицы не смогут пересекать это пространство. Бортовая электронная аппаратура самолетов и вертолетов может выйти из строя. И зо­ны,  пронизанные пучками СВЧ - излучений, превратятся в рукотворные бермудские треугольники!  По-видимому, их придется  окружить  радиобакенами: они оповестят самолеты об опасности, направят в спасительный фар­ватер. Кроме того, воздействие СВЧ - излучений на цен­тральную нервную систему человека еще плохо из­учено. Есть выход: поднять решетку ректенны над Землей. Она почти полностью по­глотит СВЧ - излучение, но пропустит до 80 процентов солнечного света и не задержит осадков. И здесь можно будет разместить сельскохозяйственные угодья — пашни, пастбища, сады.

Преимущество лазерного метода заключается в возможности формирования узкого луча (угол полураствора луча лазера довести до 10-9 радиан), размеры передающей и приемной систем не будут достигать больших значений. Наведение и управление лазерным лучом на астрономических расстояниях имеют трудности технического характера.  Можно вынести приемные устройства с поверхности Земли в стратосферу, что позволит осуществлять эффективную передачу энергии в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн. При этом резко сократятся размеры передающих и приемных антенн, снизятся затраты на создание системы приема и передачи энергии. Подъем приемной антенны предполагается осуществить с помощью аэростатических аппаратов (дирижаблей) большой грузоподъемности, управляемых автоматически.

2. Наземные солнечные электростанции. Обратимся к статистике: интенсивность потока солнечной энергии в космосе равна 1,4 кВт/м²; в ясную погоду максимум солнечного потока на Земле в 1,2 раза меньше; средняя интенсивность света в 3 раза меньше максимальной за счет смены дня и ночи; дополнительно интенсивность уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей в зависимости от широты местности и значительно снижается в облачную погоду.

Дневное и ночное положение КЭС на околоземной орбите.

Средняя интенсивность светового потока в южных широтах России не превышает 20% интенсивности в космосе. Наземные солнечные электро-станции при равных площадях солнечных батарей, проигрывают КЭС в 3 раза. Дополнительным и очень существенным преимуществом КЭС является возможность направить энерголуч в любой пункт Земли, в то время как наземная солнечная электростанция привязана к местам с малой средней облачностью.

3. Применение ТЭП в солнечной энергетике. Современная солнечная электростанция может преобразовывать солнечную энергию в электрическую, при помощи которой из воды получают водород, и уже его по системе трубопроводов водород передают потребителям. Передача энергии в виде водорода, а не в виде электроэнергии становится выгоднее при расстояниях, превышающих 500 - 600 км. Солнечная электростанция состоит из большого числа энергетических модулей, каждый из которого состоит из модуля преобразования, электролизера и вспомогательного оборудования. Каждый модуль преобразования в основном состоит из солнечного коллектора (ТВВК) с параболоцилиндрическими концентраторами, термоэмиссионного преобразо-вателя (ТЭП) и циркуляционного вентилятора. Коэффициент преобразования такого модуля может достигать 70-75%. Тепловой коэффициент современных электролизеров достигает 95%, т. е. общий КП энергетического модуля может достигать 70%.

Если сравнить показатели солнечной электростанции на основе ТЭП и ТВВК с показателями солнечной электростанция на основе кремниевых батарей, то удельные капитальные затраты у первой станции на порядок меньше, чем у второй; площадь земли, занимаемая первой станцией в 5-6 раз меньше, чем второй.

Поскольку солнечные электростанции имеют нестабильный цикл работы, необходимо аккумулировать водород, чтобы обеспечить работу потребителя в ночное и пасмурное на территории  электростанции время. Сейчас ученые и инженеры активно разрабатывают различного рода водородные аккумуляторы. При передаче энергии в форме водорода будут использоваться трубопроводы большого сечения и большой протяженности. Для средней полосы России среднегодовой приход солнечной лучистой энергии на каждый квадратный метр по некоторым данным составляет 500 кВтчас, т.е. та же станция может выработать за год 3,5*109 кВтчасов электроэнергии или около 0,7 млн. тонн водорода. Для сравнения выработка электроэнергии в 2000 году АО “Кировэнерго” составила 3,56*109 кВтчасов, АО “Омскэнерго” – 6,198*109, АО “Ивэнерго” – 1,352*109 кВтчасов.

Разработка КЭС представляет собой сложнейшую задачу, относящуюся к различным научным дисциплинам — космонавтике, ракетостроению, энергетике, электронике, электротехнике, материаловедению, экономике, экологии. Все эти отрасли в настоящее время находятся в стадии бурного развития. Нет сомнений в том, что ученые и инженеры найдут эффективные способы преодоления трудностей, стоящих на пути создания космических энергетических комплексов.

         2.2. Энергия ветра

         Сегодня все больше и больше серьезных специалис­тов и научно-исследовательских подразделений начинают проявлять интерес к энергии ветра. Примерно 2 % солнечной радиации, которая приходится на поверхность Земли, обращается в энер­гию ветра. Это очень много. Причем использовать эту энергию   можно   почти   во   всех   районах   планеты.

Богаты ветром районы северной береговой линии, районы, прилетающие к берегам Балтийского, Чер­ного и Каспийского морей.

Среди возможных конструкций четко выделяются два направления:

- сооружение сравнительно не­больших установок мощностью до 15 кВт для подъема и перекачки воды, для вспомогательной энергетики, такой, как подзарядка аккумуляторов и т. д.

- разработка и создание более мощных ветродвигателей для производства элек­троэнергии.

Наши конструкторы разработали проект элект­ростанции мощностью 40 тысяч киловатт, которая может работать практически при любом вет­ре. Вместо одного рабочего колеса имеется восемь ро­торов. На них равномерно распределяется вся ветро­вая нагрузка. Высота металлических опор - 200 метров.

При сильном ветре установка развивает избыточ­ную мощность. Использовать ее придется для накапливания энергии в том пли ином виде, пото­му что вслед за бурей придет на какое-то время и пол­ный штиль.

         2.3. Приливная энергетика

Жители прибрежных районов открытых водных бас­сейнов хорошо знакомы с приливами и отливами: дважды в сутки во­ды наступают на берег и отступают. Происходит это благодаря силам притяжения прежде всего Луны, поскольку она близка к Зем­ле, а также, в меньшей степени, Солнца.

В некоторых точках побережья Белого моря высота прилива достигает 10 метров. В Пенжинской губе Охотского моря -13 метров. На бе­регах Ла-Манша - 15 метров. А кое-где па атлантиче­ском побережье Канады воды во время прилива под­нимаются до 18 метров.

Общая мощность приливов и отливов всех морей и океанов Земли оценивается примерно в 3 миллиарда кВт. Число пунк­тов, где целесообразно строить приливные электростан­ции, не больше 30, суммарная их мощность не пре­высит 100 миллионов кВт.

В 1968 году на Кольском полуострове в Кислой губе вступила в строй небольшая приливная электростанция опытного образца мощностью 800 кВт.

Большинство специалистов считает, что ши­рокое строительство приливных электростанций вряд ли целесообразно. Но на труднодоступных участках побе­режья с особенно высоким уровнем прилива они будут построены.

На подходах к Гетсборгу, вблизи от маяка, в зеленоватой  воде плавает оранжевый пластмассовый ящик с изогнутой трубкой, из которой все время льется вода. Тут же неподалеку — три желтых буя. Таков внеш­ний вид опытной волновой электростанции, построен­ной шведскими инженерами Я.Пересов и П. Трофтен. Они изобрели насос необычайной простоты: армиро­ванный стальной проволокой резиновый шланг с об­ратными клапанами на концах. Если опустить его в воду и начать периодически растягивать, то внутренний объем шланга начнет изменяться, и он будет работать, как помпа. Изобретатели так его и назвали: «ПеТро-помпа», включив в название первые слоги своих фа­милий. Это незамысловатое устройство позволяет получать электроэнергию, используя разность уровня воды волн.

         2.4. Геотермальная энергетика.

Среди новых источников электроэнергии сегодня все чаще упоминается внутреннее тепло Земли. Действи­тельно, по современным представлениям, у нас под но­гами бушует настоящее «адское пламя». Температура ядра Земли порядка 5000 °С. Известно, что с увеличе­нием глубины температура земных слоев повышается. Так, на глубине 10 - 12 километров она достигает 200 - 250° С, на глубине 50 километров - уже 700 - 800 °С. Глубже - еще выше... Стоит только пробурить скважи­ну достаточной глубины, направить в нее воду и полу­чить пар, который начнет вращать турбогенераторы, поставляя нам энергию, превращенную из тепла в электричество. Почему же до сих пор небольшие энергетические установки раз­бросаны всего в нескольких местах на Земле, где это тепло в виде гейзеров выбивается наружу?

Оказывается, сооружение геотермальной электро­станции не такое простое дело. По-видимому, это должны быть две или несколько достаточно глубоких и удаленных друг от друга скважин, соединенных внизу хорошо нагретым фильтрующим слоем породы. Тогда, накачивая и одну из скважин воду, мы будем из другой или из других получать пар из просочившейся воды.

Нерешенных проблем много, но специалисты не теряют надежд их преодолеть. В на­стоящее время у нас в стране построены две такие электростанции на Камчатке — Паужетская геотер­мальная электростанция мощностью 11 тысяч киловатт и Паратунская мощностью всего 700 киловатт. Это сооружения с неглубокими скважинами, достигающими той глубины, где на­ходятся разгоряченные очаги. Предстоит разработать реальный проект достижения магмы с температурой порядка 1000 градусов.

Кора Земли нагрета очень неравномерно. Обыч­но считается, что каждые сто метров в глубину повыша­ют температуру на 1–3^оС. Но есть и термоаномальные участки и их немало, где температура на тех же ступенях поднима­ется на 30 - 40°С. На каждом из них можно построить геотер­мальные станции  или  разместить энергоблоки.

         2.5. Термоэлектричество

         В настоящее время есть несколько наработок в области термоэлектричества.

       1.Если составить электрическую цепь из последовательно соединенных различных материалов, сегодня это обычно – полупроводники, то получится термоэлектрический генератор. Он преобразует тепловую энергию в электрическую, их КПД подчиняется второму началу термодинамики и он невелик.

       2.Термоэмиссионные преобразователи (генераторы) работают на явлении термоэлектронной эмиссии: нагретые тела испускают электроны в окружающее пространство. ТЭП или ТЭГ работают так: в вакуум помещают два электрода. Один – эмиттер – подогревают, другой – коллектор – охлаждают. При соединении эмиттера с коллектором внешней цепью, по ней течет ток. Тепловая энергия преобразуется в электрическую.  КПД  данного преобразователя также ограничивается вторым началом термодинамики.

       3.Топливные элементы или электрохимические генераторы – ЭХГ, преобразуют химическую энергию в электрическую. Основные части: анод, катод, электролит и органы управления. ЭХГ делятся на высокотемпературные, средне- и низкотемпературные. Принцип работы: водород, попадая на металлический электрод, переходит в атомарное состояние. При этом электроны, заряжая электрод отрицательно, уходят в металл, а ядра атомов – в раствор электролита. На втором электроде, на который подается кислород, происходит примерно такой же процесс. Только здесь накапливается поло­жительный заряд. И в электролите возникают отрицатель­но заряженные ионы ОН. Соединяясь с ионами кис­лорода, они образуют воду, которая удаляется из эле­мента. Если оба электрода соединить внешней цепью, то по ней пойдет ток.

Одним из наиболее активных видов топлива для топливных элементов является в настоящее время гид­разин, дающий в качестве единственного продукта ре­акции азот. К сожалению, он пока дорог и вдобавок ядовит. Тем не менее, уже построены и испытываются двигатели для электротележек. А это начальный вари­ант рабочих моделей электромобилей. Правда, пока удельная мощность топливных элементов в три раза меньше по сравнению с бензиновыми двигателями. Но мы можем сказать: есть все основания считать этот путь создания электромобилей перспективным. Исполь­зуются топливные элементы и в качестве небольших по мощности бортовых источников тока в космических аппаратах. Есть надежда, что при решении вопроса об использовании более дешевого топлива и окислите­ля, например, природного газа и воздуха, топливные элементы в дальнейшем найдут применение и в боль­шой энергетике.

2.6. Термоэмиссионные преобразователи – путь в энергетику будущего.

Информационное агентство “ВРАТА - ЕКАТЕРИНБУРГ” распространила информацию о создании термоэмиссионного преобразователя тепловой энергии в электрическую (ТЭП) с очень высоким коэффициентом преобразования (КП) – до 80-82%. Рассмотрим перспективную схему применения ТЭП в традиционной и нетрадиционной энергетике.

Разместив на каждом жилом объекте микроТЭЦ на базе ТЭП мы перейдем к прогрессивной схеме децентрализованного энергообеспечения с высоким КП. Данная схема работает следующим образом: сетевой газ поступает в микроТЭЦ, где он сжигается во внешней топке. Нагретые в топке до температуры 1650-1700^оС газы поступают в ТЭП, где происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую постоянного напряжения. Далее, охлажденные до температуры 250-300^оС газы поступают в теплообменник, где нагревают холодную водопроводную воду для нужд горячего водоснабжения объекта. При этом 70-75% энергии газов расходуется на выработку электроэнергии и 25-20% - на производство горячей воды. Основная часть электроэнергии постоянного напряжения расходуется на отопление объекта, освещение, электроплиты, некоторые бытовые приборы, работающие на постоянном токе (например, холодильники), часть ее, пройдя через автономный инвертор, и, получив параметры стандартной сети, расходуется на бытовые приборы, работающие на переменном токе. В перспективе всю бытовую технику можно перевести на питание постоянным током, что значительно снизит вредное влияние на человека электромагнитного излучения. Для повышения надежности энергообеспечения необходимо иметь запас жидкого топлива или газгольдер с сжиженным газом. Убрав из квартир газопроводы и газовые плиты и разместив микроТЭЦ на крыше здания, можно резко увеличить безопасность использования сетевого газа.

Установка подобных автономных систем энергообеспечения на промышленных объектах также сулит значительную выгоду. Если же оставить на жилых и промышленных объектах традиционную водяную систему отопления, а в микроТЭЦ на базе ТЭП установить гидродинамические преобразователи энергии с коэффициентом преобразования 300% и выше, то это позволит снизить топливные затраты на отопительные нужды в 2 - 2,5 раза и в целом расход газа на энергетические нужды в 3,5 - 4 раза. Это, в свою очередь, увеличивает срок исчерпания природных запасов газа на десятки лет, что дает дополнительную временную фору ученым умам для разработки высокоэффективных нетрадиционных преобразователей энергии (солнце, физический вакуум и т.д.)

         2.7. «Жировая» энергетика

         Сало – незаслуженно забытый источник энергии – может служить не только для пополнения энергоресурсов человеческого организма, но и как возобновляемый ресурс большой энергетики

         Современные технологии позволяют утилизовать сало, как и другие жиры растительного и животного происхождения, для производства биотоплива. Растительные масла, отработанное пищевое масло, животные жиры - эти источники энергии представляют собой не только производственную альтернативу для сельского хозяйства, но и важный шаг к экологическому энергообеспечению и  могут стать естественной составной частью замкнутого кругооборота.

         Переработка растительных масел и животных жиров с помощью метанола в сложный метиловый эфир жирных кислот придает ему свойства, близкие по молекулярному составу к дизельному топливу, что позволяет подмешивать его или использовать самостоятельно. Из одного килограмма масла производится 1,135 литра горючего. Высококачественный биодизель соответствует строгим нормам дизельного топлива EN 1421 4. Причем с применением присадок биодизель можно использовать при температуре –25 градусов.

         3. Стратегия развития энергетики будущего

         3.1. Термоядерная энергия – основа энергетики будущего

         21 век будет веком термоядерной энергии. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро протекающие термоядерные реакции осуществляются в водородных бомбах. Сейчас перед наукой стоит задача осуществления термоядерной реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, спокойно протекающего процесса. Решение этой задачи даст возможность использовать громадные запасы водорода на Земле в качестве ядерного топлива.

         В термоядерных реакторах будет использоваться не обычный, а тяжелый водород.  В результате удастся получить ситуацию, при которой литр обычной воды по энергии окажется равноценен примерно 400 литрам нефти. Элементарные расчеты показывают, что дейтерия (разновидность водорода, которая будет использоваться в подобных реакциях) хватит на земле на сотни лет при самом бурном развитии энергетики, в результате чего проблема заботы о топливе отпадет практически навсегда.

         За счёт термоядерной реакции «работает», например, Солнце. Создать маленькие «солнца» на Земле учёные крупнейших стран пытаются уже более 50 лет. Но пока не удалось решить главную проблему — как заставить термоядерную реакцию идти непрерывно. Пока же в мире есть только несколько экспериментальных установок, на которых «жизнь» плазмы поддерживается от 4,5 минуты до 3,5 часа. Самая большая мощность, которая достигнута на европейской установке JET, — 16 МВт. В июне 2006 года начался первый этап крупного международного проекта, в котором участвует и Россия, — постройка первого в мире экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Он появится в Карадаше во Франции. Если этот эксперимент удастся, то на его базе через 20 лет появится экспериментальная термоядерная электростанция. Уже во второй половине 21 века вклад термоядерной энергетики в общемировую станет весьма ощутимым.

         Огромная энер­гия освобождается при соединении друг с другом легчайших атом­ных ядер — водорода, дейтерия (тяжелого водорода), трития (сверх­тяжелого водорода). Ядро дейтерия (D) состоит из протона и нейт­рона, а трития (Т) из протона и двух нейтронов. При слиянии ядер дейтерия и трития образуются очень прочное ядро гелия (а - частица) и свободный нейтрон: D + T  = 4Не + n; при этом высвобождается энергия 17,6 МэВ (на каждую пару ядер D и Т). Помноженное на огромное число взаимодействующих водородных ядер, это коли­чество энергии и дает ту фантастическую энергию, которая выде­ляется при взрыве водородной бомбы. Дейтерий в изобилии содержится в водах  Мирово­го океана, а тритий может воспроизводиться на самих термоядерных станциях из лития (n + 6Li = Т + 4Не).

Чтобы реализовать слияние легких ядер, необходимо нагреть во­дородную смесь до температуры свыше 10⁷ К — иначе ядра не смогут преодолеть электростатическое отталкивание и сблизиться до рас­стояний, на которых начинают действовать ядерные силы. По этой причине подобные реакции называют термоядерными. Из одного килограмма изотопов водорода выделяется в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сжигании од­ного килограмма угля.

Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза имеет исключительно важное значение для человечества, так как это есть решение энергетической проблемы (и притом эко­логически оптимальное).

1. «Токамак» - реактор термоядерного синтеза. Исследования по управляемому термоядерному синтезу, ведущие­ся в России и за рубежом более 30 лет, позволили решить ряд прин­ципиальных задач: нагрев плазмы до сверхвысоких температур, удержание горячей плазмы внутри вакуумной камеры при помощи магнитного поля и др. В Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова создана установка «Токамак» - «тороидальная камера с магнитным полем» - в которой за счет протекающих в плазме электрических токов удалось получить тем­пературу 1,5*10⁷ К.

В «Токамаках» ток, возбужденный внешним индуктором и достиг­ший огромной силы, протекает через плазму и нагрева­ет ее до очень высокой температуры. Плазма как раз и находится в тороидальной вакуумной камере - эта­ком полом бублике. Советские физики-теоретики первыми высказали идею, согласно которой горячую плазму можно попро­бовать изолировать от стенок камеры, сжав собствен­ным магнитным полем. Плазма — сама ве­ликолепный проводник для электричества, и потому ток в ней будет нарастать. А вместе с током станет расти и его магнитное поле, охватывающее плазму, как обручами, и сдавливающее, сжимающее ее в тон­кий шнур, отрывающее от стенок камеры.

Для того чтобы термоядерная реакция протекала относительно спокойно и вместе с тем с большим вы­делением энергии, нужно удерживать плазму достаточ­ной плотности в магнитном поле определенное время. Для каждой термоядерной реакции и температуры плазмы существует минимальное значение произведе­ния концентрации ядер в единице объема - плотности плазмы на время ее удержания.

Если плотность плазмы 1014 атомных ядер в од­ном кубическом сантиметре объема, то достаточно удер­жать ее в нагретом состоянии всего одну секунду, что­бы реакция пошла как надо. Это произведение плот­ности на время называют критерием Лоусона.  Сегодня плотность плазмы нужного предела уже достигла. Температура пока ниже. Время удержания доходит до одной деся­той секунды. В общем, не так плохо.

Прак­тические термоядерные генераторы должны использо­вать обмотки из сверхпроводников. Это сразу же сни­зит  колоссальные  затраты  энергии  на  поддерживание магнитного поля, удерживающего плазму. Здесь нужно иметь в виду, что при работе «Токамак» потребляет столь­ко же электричества, сколько хватило бы на жизнь целому городу. Так что экономия — дело не лишнее. Опыт работы с такими обмотками имеется. Рассмотрим особенности работы «Токамака»: 

- реакторы - «Токамаки» должны будут работать в им­пульсном режиме -несколько сот секунд - работа, затем де­сятки секунд пауза. Для поддержания продольного тока в камере требуется переменное внешнее магнитное поле, которое не может нарастать до бесконечности. В период паузы будет происходить также полная замена плазмы в камере. Такой режим работы по­рождает ряд проблем, связанных с «усталостью» материалов из-за циклических термических нагрузок. Более того, торои­дальная геометрия сама по себе порождает неоднородность тепловых и нейтронных нагрузок. Возникает также проблема накопления и хранения энергии на периоды пауз в работе реактора (в принципе обсуждаются возможности избежать такого режима работы, однако пока не ясно могут ли быть реализованы эти схемы);

- практически невозможно использовать большую часть поверхности камеры для размещения твэлов, а, следовательно, значительная часть энергии термоядерных нейтронов будет расходоваться без пользы;

- возможные срывы приведут к выбросу плазмы на стенки камеры, что потребует сложных (в условиях высокой радиоактивности) восстановительных работ. Тороидальная геометрия камеры, наличие обмоток и другой аппаратуры чрезвычайно затрудняют работы, которые придется выполнять при дистанционной разборке, ремонте и замене узлов реактора в условиях  повышенной  радиоактивности;

- в «Токамаках» для поддержания устойчивого равно­весия плазмы требуется, чтобы магнитное давление (рм) значительно превосходило газовое (рг), параметр b=рг/рм  характеризует количественное соотношение этих величии. Заметим, что эта же величина характеризует от­ношение концентрации тепловой энергии к плотности магнит­ной энергии. Чем больше рг тем выше термоядерная мощность, генерируемая в единице объема, тем дешевле магнитная система реактора.

 Открытые в 1986 году новые сверхпроводящие мате­риалы, работающие при более высоких температурах способствуют улучшению характеристик магнитных систем   «Токамаков».

Сегодня главное внимание физиков - термоядерщиков сосредоточено на «Токамаках» как на наиболее перспек­тивных установках. Но это вовсе не значит, что для осуществления управляемого термоядерного синтеза нет   других   путей.

Лазерный термоядерный синтез является наиболее перспективным направлением таких поисков. Конеч­но, ЛТС имеет свои достоинства и недостатки.

2. Лазерная термоядерная энергети­ка.  

ЛТС займет достойное место в энергетике: отдаленность и, следовательно, защищенность дорогого и сложного устройства для концентрации энер­гии лазера от самого реактора; относительно малые раз­меры и относительная простота реактора; возможность создания     многокамерных     систем,  обслуживаемых одним лазером; высокотемпературный характер первоначального выделения энергии; повышенная безопасность; низкая стои­мость топлива, особенно в случае использования только дейтериевых реакций или в случае горючего с малым со­держанием трития.

Остановимся подробнее на некоторых из этих пунктов. Малые раз­меры реактора на основе ЛТС обеспечат малые размеры территорий, капитальных сооружений и периферийных уст­ройств. Это благоприятно скажется на стоимости станции и откроет возможности использования реактора на основе ЛТС для разнообразных нужд энергетики. Высокотемпературный характер первичной энергии обуслов­ливает принципиальную возможность создания преобразова­теля энергии с высоким КПД (уже сейчас до 60%) и возможность производства свобод­ного водорода, который будет использоваться в качестве эко­логически чистого химического горючего для движущихся энергетических уста­новок (в результате сгорания образуется вода). Срыв ра­бочего режима реактора (незапланированное отключение пи­тания лазера, непопадание мишени в фокус лазерных лучей и т. д.) не может привести к каким-либо разрушениям. Малые размеры реактора по­зволяют расположить его под землей и создать наружный мощный слой бетонной защиты. Эти обстоятельства позволят существенно упростить контроль и меры безопасности станции.

Каким должен быть лазер в реакторе? Центром лазерной термоядерной электростанции является лазерная система для инициирования термоядерных микро­взрывов — драйвер. Рассмотрим требования к такому драйверу и определим его харак­теристики.

1.  Энергия импульса                                3 - 5 МДж

2.  Длительность импульса                       10 - 20 нс

3.  Временная  форма  импульса                сложная, с  нарастанием мощности

                                                                      к  концу  импульса

4.  Частота повторения импуль­сов            1 - 10 Гц

5.  Эффективность   (КПД)   ла­зера          5 – 10%

 6. Фокусируемость                                  в  пятно  с  радиусом  1 см на

                                                              расстоянии   30 - 50  м

7.  Ресурс работы                                      108 - 109 импульсов

8. Стоимость                                          Около 500 млн. дол. (т. е. 100 дол/Дж)

Мощность лазерного импульса будет достигать 5 • 10¹⁴ Вт.

Длительность импульса определяется временем сжатия мишени. Современная техника позво­ляет разделить импульс на части, усилить каждую до необходимого уровня, а затем свести их в нужной последовательности на мишень с помощью оптических задержек - систем зеркал.

Частоты повторения выстрелов 1-10 Гц необходима для того, что­бы после каждого выстрела камера успевала очищаться от паров и, возможно, малых капель в течение 0,1-1 с. Осуществление такого режима работы лазера является сложной задачей: значи­тельная часть энергии рассеивается в активной среде. Накоп­ление этой энергии в результате действия ряда механизмов ухудшает свойства активной среды. Возможны два способа предотвращения нежелательного эффекта - пе­риодическая (или непрерывная) замена активной среды либо отвод избыточного тепла из зоны генерации. В газовых лазерах активная среда может заменяться посредством про­дувки газа. В лазерах с твердой активной средой предполагается усилители сделать в виде тонких широких пластин, а охлаждающий газ пропускать в промежутках между пластинами.

Достижение КПД лазера на уровне 5 - 10% необходимо дли замыкания энергетического цикла, а также по экономи­ческим соображениям.

Необходима фокусировка излучения лазера на мишень на расстояние в несколько десятков метров для того, чтобы предохранить ее в течение длительного периода от разру­шающего воздействия продуктов микровзрывов. Размер пятна фокусировки определяется размерами мишени. При указан­ных параметрах требуется расходимость лазерных пучков на уровне 10^-4. Для прямого равномерного облучения мишени потребуется не менее 20 световых пучков. В качестве конечного фокусирующего элемента лучше использовать мозаичные охлаж­даемые зеркала с сервоприводами и датчиками смещения, управляемыми  компьютером.  Продолжительность работы лазерной системы без замены и капитального ремонта должна быть не менее 3-5 лет.

Для решения проблемы драйвера, но современным пред­ставлениям необходимо пройти три этапа: создать лазер для демонстрации физического порога термоядерных реакций (brean - ever), лазер для получения единичных микровзры­вов с большими коэффициентами усиления (на уровне 100) и лазер, работающий в условиях термоядерного реактора, или же непосредственно сам драйвер. Мощные неодимовые лазеры, по параметрам наиболее близки к тем требованиям, которые предъявляются к установ­кам первого этапа. Нет сомнений, что демонстрация brean - even будет осуществлена с помощью такого типа лазеров. Для демонстрации единичных микровзрывов требуются лазеры с энергией от 3 до 10 МДж, с длиной волны излучения менее 1 мкм.

В качестве кан­дидатов на драйвер можно рассматривать эксимерный KrF-лазер и электроионизационный CO₂- лазер. В последние годы значительные успехи достигнуты в развитии химических лазеров, поэтому их также следует внести в список претендентов на драйвер (имеются в виду НF-лазер, йодный химический лазер и др.), а так же стеклянный неодимовый лазер,  лазер на свободных электронах.

При лазерном подходе имеется принципиальная возмож­ность получить чисто дейтериевую, энергетически выгодную термоядерную реакцию, что открывает новые широкие воз­можности в решении энергетической проблемы.

         3.2. МГД - генератор

Когда-то Фарадей заметил, что коль скоро в про­воде, который движется между полюсами магнита, те­чет электрический ток, то оный же должен возникнуть и в потоке проводящей электричество жидкости, поме­щенной там же. Казалось бы, ничего нового в этом высказывании нет. Но именно в нем заключена идея магнитогидродинамического генератора.

Сначала суть: при сгорании органического топлива, например, природного газа, при достаточно высокой температуре (не менее 2500° С) газ переходит в состояние частично ионизованной плазмы, то есть становится электропровод­ным. Если к потоку плазмы добавить легко ионизирующееся вещество, например пары ще­лочных металлов - калия, натрия или цезия, то элект­ропроводность низкотемпературной плазмы резко воз­растает.

Продуем эту горячую проводящую плазму через достаточно мощ­ное магнитное поле. В плазме тут же появился элект­рический ток. Если при этом к стенкам канала, по ко­торому сквозь магнитное поле стремится поток плаз­мы, приделать электроды, замкнутые на внешнюю цепь, то по цепи пойдет ток.

В принципе работа МГД - генера­тора не отличается от работы генератора Фарадея классической схемы. Только в электромеханическом ге­нераторе проводником служит обмотка ротора, а в МГД - генераторе - поток подогретой плазмы. Электри­ческий ток в плазме, взаимодействуя с магнитным по­лем, тормозит движение плазмы. И ее кинетическая энергия превращается в тепловую.  Необходимо преодолеть сложности: газ приходится подо­гревать, то есть сжигать, добавлять в пего металлические пары. Канал, по которому мчит струя плазмы в 2500° С нужно делать жаропрочным, как сопло ра­кеты. Кроме того, отработанную плазму, сохраняющую свою температуру, нужно тоже употребить, хотя  бы  на  подогрев  пара  для  обычной  турбины. Наконец, постоянный ток, получаемый от МГД - генератора, при­дется преобразовывать в переменный...

МГД - установки позволят повысить КПД на 25 %, а в будущем, может быть, и 50%... Более то­го, магнитогидродинамическое преобразование энергии сможет применяться и в ядерной энергетике, посколь­ку позволит исключить паровой котел как промежу­точное звено, а, следовательно, и повысить КПД.

         3.3. Водородные технологии.

         В последние годы наметился инновационный поворот к использованию более эффективного энергоресурса - водорода. Давайте за­глянем в будущее: по улицам городов мчатся юркие бес­шумные автомобили, никаких выхлопных газов - про­хожие наслаждаются свежим воздухом, который веет с полей и лесов... Глупая идиллия? Вовсе нет: если автомобили превратятся в водородомобили или электромобили, работающие на водородно - воздушных топливных элементов, то тогда продуктами сгорания станут пары воды! Преимущества водородной энергетики колоссальны:

Ø источник водорода безграничен - во­да океанов и морей. Кроме того, соединяясь с кислоро­дом воздуха и отдавая энергию, водород вновь превра­щается в воду — стало быть, источник этот самовосста­навливающийся, а значит, и вечный;

Ø продукт сжигания водорода — чистая во­да — не может загрязнить атмосферу. Следовательно, нет экологического кризиса, а также и климатического, ибо при этом исчезнут и огромные количества углекис­лого газа, выбрасываемого в атмосферу при сжигании угля, нефти и газа.

Ø водород — топ­ливо идеальное, у него наивысшая теплотворная способность. При сжигании килограмма водорода (ато­марного) выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании килограмма бензина.

         Правда, есть и недостатки; главные из них - дороговизна производства, трудности хранения и пожароопасность. Но и спички опасны, особенно при неумелом обра­щении. И смесь паров бензина с воздухом взрывается ничуть не хуже смеси водорода с воздухом. Для хранения же 20 килограммов жидкого водоро­да под давлением 200 атмосфер необходим брониро­ванный резервуар размером с автомобиль и весящий около тонны. Появились новые перспективные мето­ды хранения водорода. Водород обладает поразительной способностью рас­творятся в металлах. Почти любой из металлов мо­жет «впитать» количество этого газа, превосходящее его собственный объем в сотни и даже тысячи раз! При этом образуется качественно новое химическое состоя­ние – металлический гидрид. Баки, за­полненные гидридом, вмещают в 40 раз больше водо­рода, чем баки, заполненные только газом.

         Новая технологическая схема позволяет не только хранить в твердом состоя­нии вещество, слишком взрывоопасное в газообразном состоянии, но и получать при переводе водорода из га­зообразного состояния в твердое тепловую энергию. Ее можно использовать, например, для отопления помеще­ний. Когда же нужно извлечь водород из резервуара, достаточно только подать тепло к водородным соеди­нениям. Эта часть процесса сопровождается выделением холода, который может быть использован, напри­мер, для кондиционирования воздуха. А для высвобож­дения водорода достаточно через водородные соедине­ния пропустить выхлопные газы двигателя или водяной пар.

         Водородная энергетика наберет силу только тогда, когда водород будут получать из во­ды (ее запасы в морях и океанах огромны и доступны).  И тут можно подключить атом. Нужно заставить тепло нарабатывать водород. Уже разработано множество схем - термохи­мических реакций, которые циклически повторяются, возвращаясь к исходному  состоянию. При этом они экологически чистые! Схема такова: в совокупность связан­ных меж собой химических аппаратов подаются вода и тепло от атомного реактора, далее по трубопроводам  выходит водород и кислород.   Работы в этом направлении ведутся в СССР, США, Италии, Голландии, ФРГ, Англии, Японии. Уж больно заманчиво использовать бросовое тепло ядерных реак­торов. Ведь КПД такой ядерно-водородной станции (ЯВС) теоретически может быть не 30 процентов, как у АЭС, а 70 и выше! Можно соединить ЯВС с комплексом метал­лургических или химических заводов. А если образую­щиеся водород и кислород направлять в топливные эле­менты, то станция будет вырабатывать только электри­ческий ток. Картина привлекательная: гигантские атомные электростанции на берегах океана будут да­вать электроэнергию. Она пойдет на разложение мор­ской воды на водород и кислород. Топливо будущего — водород будет пересылаться по трубам к местам потребления, заменяя природный газ и нефть.

         Другой вариант той же картины — разложение во­ды за счет солнечной энергии, ведущей все к той же водородной энергетике (см. применение ТЭП в солнечной энергетике).

         В 1942 году американский исследователь Г. Гаффрон обнаружил, что сине-зеленые водоросли (рекордсмены среди растений по длительности существования на Зем­ле — 3 миллиарда лет!), помещенные в искусственную атмосферу из инертного газа начинают под действием света выде­лять не кислород, а водород. Водородный цех может работать не только в сине-зеленых водорослях, но и в некоторых видах фотосинтезирующих бактерий. А также в искусственных системах, содержащих выделенные из растений хлоропласты. Можно брать от растений не только плоды или клубни, но и топливо!

         Атомно-водородная энергетика разрабатывается в нашей стране еще с начала 70-х годов прошлого столетия. В последнее время водородная тематика активно обсуждается. Уже проведены крупные международные научные конференции. Отечественные топливные водородные элементы летали в космос на "Буране".  ГМК "Норильский никель", крупнейшая в России и одна из крупнейших в мире компаний по производству драгоценных и цветных металлов, произвел значительные инвестиции в отечественную академическую науку, купил крупный пакет акций американской инновационной компании, ориентированной на разработку топливных элементов. Интерес "Норникеля" понятен: он - крупнейший производитель палладия и всех других платиноидов, без которых невозможно производство топливных элементов, существенно увеличивающих КПД производства энергии без нанесения вреда окружающей среде.

Кремний и водород смогут стать альтернативными видами топлива для различных энергетических установок или устройств. По словам одного из разработчиков водородного двигателя для машин, КПД бензина составляет всего 20 процентов, в то время как ожидаемая норма у водородного двигателя будет доходить до 80 процентов! Если не считать экологических выгод от подобных энергоресурсов. Сегодня в Бразилии многие автомобили заряжаются этанолом. В США повсеместно озабоченны переходом хотя бы на смесь бензина с этанолом.

Рассмотрим некоторые объекты геологии (или минералогии), которые могут быть использованы в качестве существенного дополнения к энергетике, основанной на утилизации угля, нефтепродуктов и газа.

·               Силиций и водород. Вытеснение водорода при реакции кремния, ферросилиция и алюминия с водой в механохимических реакторах — одно из перспективных направлений уже сегодняшнего дня. Развитие металлургии кремния - насущная задача еще и потому, что кремниевые солнечные батареи - наиболее развитый источник нетрадиционной энергетики.

·          Глины. Глинистые породы представляют собой тонкообломочные осадочные образования в виде смеси глинозема (оксид алюминия) с кремнеземом (двуокись кремния). Они-то и могут стать неисчерпаемым источником энергии на Земле. Ведь любая горная порода в экзогенных условиях (т.е. на дневной поверхности под действием солнечной энергии и агентов выветривания) превращается в глины, а в конечном итоге - в простые оксиды алюминия, кремния и железа.

·          Силикаты. В природе они встречаются в виде солей различных кремнистых кислот (полевые шпаты, роговые обманки, слюды) и представляют собой широко распространенные породообразующие минералы. Силикаты используются в металлургии, при изготовлении огнеупоров, стекла и т.д. А вот сведения о применении их в качестве силикатного топлива весьма скудны. Например, его теплотворная способность многократно превышает показатели известных энергоносителей: один килограмм силикатного топлива эквивалентен одной тонне(!) мазута. Производство силикатного топлива уже освоено и ведется в достаточных масштабах. Это топливо регенерируется с затратами едкого натра и кремнезема. Оно возгорается только при участии второго компонента — карбида кремния, т.е. энергетические установки безопасны в пожарном отношении.

·               Гидриды и карбиды. Гидрид кремния — самый привлекательный реагент для производства водорода. Карбид кальция уже сейчас можно применять как генератор газа в автомобилях, приспособленных для работы на газе. Уже сейчас на ацетилен или водород можно переводить питание автомобилей, приспособленных к газовому топливу. Моторы, питающиеся от генератора ацетилена или водорода, менее взрывоопасны, чем газобаллонные. Однако более перспективным видится применение двухступенчатого воспламенения топлива в дизельных моторах. Первая ступень - воспламенение от искры порции газа (водорода или ацетилена), поступившего в цилиндр вместе с воздухом, вторая ступень - воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в пламя. Двигатели с двухступенчатым воспламенением уже доказали свое преимущество: повышением мощности, экономией топлива, чистотой выхлопа и более «мягкой» работой мотора.

         Концепция водородной энергетики, можно считать, сформировалась. Это - производство водорода, транспортировка его и хранение, эффективное использование, надежность и безопасность.

         3.4. Энергия космоса.

Космос изобилует энергией. Это и солнечная ра­диация любой напряженности, не ослабленная атмо­сферой, и космические лучи, и космические тела с их колоссальной кинетической энергией. Можно использо­вать и космические перепады температур от абсолют­ного нуля до нескольких тысяч градусов, космический магнетизм. Из космоса к нам проникают частицы столь мощных энергий, что они в триллионы раз превышают энергии, которые ученые получают на самых мощных ускорите­лях Земли.

Пользуясь знаменитым соотношением Эйнштейна об эквивалентности энергии и массы, можно подсчитать, что при аннигиляции одного грамма вещества возникает такая же энергия, какую можно получить при сжигании 10 000 тонн каменного угля! Одной тонны антивещества (а вещество у нас всегда под рукой!) было бы вполне достаточно, чтобы сейчас обеспечить на год энергией весь земной шар.

В 1979 году группе американских фи­зиков удалось зарегистрировать наличие «природных» антипротонов. Их «принесли» космические лучи.

Улавливая с помощью спутников это «антивещество» «антиметеоритов» и доставляя их на Землю (в этом соль рассуждения П. Капицы), мы получили, бы мощный источник энергии. В процессе аннигиляции — самоуничтожение двух частиц с противополож­ными физическими свойствами, например электронов и позитронов, протонов и антипротонов, высво­бождается вся скрытая в веществе энергия или, согласно формуле Эйнштейна, Е= mс2,  25 млрд. кВтч на каждый килограмм ве­щества! Остается только решить несколько вопросов: как обнаружить «антиметеориты», как доставить на Землю, чтобы они при этом ни с чем не соприкасались (иначе взрыв!)?..

Если решим эти вопросы, то фантастические ракетные фотонные двигатели, непрерывно выра­батывающее частицы и их античастицы, например протоны и антипротоны, будут бороздить космическое пространство. Теоретически двигатель такого вида является энергетически самым совершенным, эффективным и экономичным, какой только можно мыслить, ибо в процессе аннигиляции частиц в свет превращаются практически 100% скрытой в веществе энергии, а сами фотоны движутся с предельно воз­можной в природе скоростью света.

Поговорим о «черных дырах», одном из необычных следствий теории отно­сительности Эйнштейна, они могут стать энергетически значимыми. «Черные дыры» - косми­ческие «пылесосы», в них все и вся безвозвратно исчезает.

«Черные дыры» возникают, когда умирающая звезда коллапсирует (сжимается) до такого плотного состоя­ния, что ее размеры оказываются ничтожными, а гра­витационное притяжение столь мощным (оно обратно пропорционально размерам звезды-дыры и прямо про­порционально ее массе), что ничто не может его пре­одолеть.

Почти одновременно английский математик Р. Пенроуз и американский физик Дж. Бекенштейн высказали простую идею. Если со звездолета (он облетает «черную дыру» по достаточно удаленной, а потому и безопасной орбите) бросить в направлении «черной дыры» камень, то под действием могучего притяжения камень будет падать все быстрее и быстрее, пока при скорости, близ­кой к световой, не исчезнет в «дыре».

Осталось немного. Привязываем к камню конец ве­ревки, намотанной на вал динамомашины, и вот при падении камня начнет вырабатываться совершенно бес­платная электроэнергия.

Вскоре профессор Ванкуверско­го (Канада) университета Дж. Шелтон подсчитал, что выделится энергия, заключенная в массе бросаемого в «черную дыру» груза. Как если бы произошла полная аннигиляция его массы! Эту энергию можно было бы полу­чить, опуская камень в «черную дыру». Как звездолету самому не попасть в «черную дыру» и где взять сверхпрочный трос?...

Каковы будут достижения науки и техники через несколько десятилетий, сказать нельзя. Нет сомнений, что наука далекого, а воз­можно, только отдаленного будущего решит и эти, безусловно, головокру­жительные задачи.

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Заключение

Заимствование энергии из космоса неизбежно, но это все ж отдаленное наше будущее. А что сейчас? Ка­кие энергии здесь, на Земле, уже доступны человеку или будут доступны завтра?

В приводимой ниже таблице указаны ве­личины высвобождаемой энергии в ватт-часах на кило­грамм массы, рассчитанной по формуле   Эйнштейна:    

Е= mс².

Вид  энергии	ватт-час/m
Ядерная энергетика:    (процессы аннигиляции)	1012
Деление и синтез  ядер   (атом­ные  реакторы   и   термоядерные установки)	1010
Радиоизотопы	108
Химия:                      Теплота   сгорания   топлива	104
Электрохимия           Батареи  аккумуляторов	103
Сжатые газы:          Превращение   фаз    (кипение)	102
Механика      Кинетическая  энергия   (маховики)	10
Металлические  пружины	10
Резиновые  пружины	1
Сила   тяжести    (гидроэлектри­ческая энергия)	0,1
Электричество:  Электромагнитная   индуктивность	0,01
Электростатические   конденсаторы	0,001

Перед нами не просто список всевозможных видов энергии. Это и путь покорения человеком энергии. Путь «вверх» по энергетической лестнице, которая в то же время ведет и «вниз». Ибо для завоевания все больших энергий человек вынужден все глубже погружаться в микромир, в царство микроскопических объектов — первокирпичиков материи.

Трудно говорить о будущем энергетики. Ибо энер­гетика быстро вовлекает в свою орбиту все самые но­вейшие завоевания науки и техники. Почему бы основой энергетики будущего не стать... вакууму? Ведь вакуум — это отнюдь не «ничто», а  некая динамическая субстанция с очень сложными физическими свойствами: там есть поле, пусть без частиц, но оно колеблется. А при этих колеба­ниях рождаются и тут же исчезают кванты.

Сейчас в разговорах то и дело слышится: «энерге­тический голод», «энергетический кризис». Что же слу­чилось с человечеством: не знало электричества - не было энергетического голода; узнало, понастроило элек­тростанций - появился энергетический кризис. Впро­чем, первый энергетический кризис, зафиксированный в истории, разразился в Египте задолго до нашей эры, когда были вырублены пальмы. Их древесина поставляла уголь для выплавки бронзы. На Земле шел бронзовый век.

Металлургия съела  большую часть лесов на земле, прежде  чем   научилась  использовать  каменный   уголь. Мы не только вырубили леса на планете, но и чув­ствуем нехватку нефти, газа, каменного угля - традиционных и дешевых источников энергии.

И все-таки колесо истории, колесо прогресса повер­нуть вспять или хотя бы приостановить невозможно. Энергетика и электрификация играют    наиважнейшую роль в развитии материальной базы современного об­щества. Электрическая энергия универсальна. Ее легко и просто превратить во все другие виды энергии, удоб­но транспортировать. Более половины всей потребля­емой энергии используется в виде тепла на технические нужды, отопление и   приготовление пищи; оставшаяся часть - в виде механической и электрической энергии.

Человечество удивительно неэкономно расходует добы­ваемые энерго-ресурсы и еще более расточительно тра­тит полученную с таким трудом энергию. Где же выход из этой гонки? Думаю, необходимо разумное сокращение энергетических потребностей, энергосберегающая политика. Это целый комплекс мероприятий, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов.

         В тесной связи с энергосберегающей политикой на­ходится дело охраны природы и рационального исполь­зования природных ресурсов.

         В России есть все необходимые условия - финансовые, технологические и иные - для эффективного включения в процесс разработки и внедрения новых энергетических технологий.

         Первым шагом на этом пути должно стать создание открытого информациооно - аналитического ресурса по указанным выше направлениям, охватывающего как российский, так и зарубежный секторы.

            В настоящее время приоритетными для России являются направления по:

- перестройке ТЭК России с учетом новых условий, в том числе с учетом весьма вероятного сценария развития мирового энергетического сектора;

- установлению более тесного взаимодействия в области энергетики и топлив со странами азиатского региона, и в первую очередь с Китаем;

- интенсивному включению российских научно-технических и производствен-ных структур в процесс новых энергетических технологий и синтетических топлив.

            Вышеперечисленный список альтернативных источников энергии в будущем оставляет надежду на то, что, несмотря на самые апокалипсические прогнозы, человечеству еще будет откуда черпать свою энергию. Правда об этом нужно задумываться уже сегодня, и в первую очередь нашему поколению, если мы не хотим в один прекрасный день увидеть на улицах городов брошенные из-за отсутствия топлива машины, черные ночные окна небоскребов, неработающие медицинские устройства в больницах и другие малоприятный вещи, которые только можно себе вообразить!

         Лабиринты энергетики. Таинственные переходы, уз­кие, извилистые тропки. Полные загадок, препятствий, неожиданных озарений, воплей печали и поражений, кликов радости и побед.

         Тернист, непрост, непрям энергетический путь человечества. Но мы верим, что мы на пути к Эре Энергети­ческого Изобилия и что все препоны, преграды и труд­ности будут преодолены.

         Литература

1. Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б. Физика лазерного термоядерного синтеза, Москва, «Знание», 1988 г.

2. Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля, Москва, «Детская литература», 1989 г.

3. "Время новостей", газета от 27 июня 2003 г

4. "В мире науки", журнал №1,  январь 2007 г.

5.  Гладков К. А. Атом от А до Я, Москва, «Атомиздат», 1987 г.

6. "Компьютерра", журнал №11, март 2006 года

7. «Конкурент», журнал №2, февраль 2007 г.

8. «Независимая газета», №126 от 26 июня 2008 г.

9. Тарасов Л. В. Современная физика в средней школе, Москва, «Просвещение», 1990 г.

10. «Техника-молодежи», журнал №3, 1981 г.

11. Томилин А. Заклятие Фавна, «Лениздат», 1986 г.

12. «Энергия промышленного роста», журнал  № 3, март 2007 г.

         В работе использована информация с Интернет-сайтов компаний RBC, Qatar Petroleum, ExxonMobil, newsinfo, sciteclibrary, Chevron, Syntroleum, Sasol Synfuels, Rentech, Siemens, General Electric, Foster Weeler, Conoco, British Petroleum, Gas Technology Institute, US Department of Energy