История экологичных технологий
История экологичных технологий
Ветряные и водяные мельницы для перемалывания зерна в муку, парусные корабли, использование для удобрения почвы перегноя из навоза и птичьего помета и много других технологий с использованием естественных сил природы применялось нашими предками.
Интересные факты и легенды из истории энергетики
Впервые электрическое освещение появилось в Москве в 1881 году – зажглись первые 100 электросветильников, из которых 24 освещали площадь у Храма Христа Спасителя. В 1883 году электрическими светильниками были впервые иллюминированы Кремль и колокольни Ивана Великого. На Софийской набережной против Кремля для этой цели была построена передвижная электростанция, где работали 18 локомобилей и 40 динамо-машин. Первая стационарная городская электростанция на постоянном токе в центре Москвы появилась в 1888 году.
В начале ХХ века электростанции использовали в качестве топлива преимущественно нефть или уголь. В Москву то и другое нужно было привозить издалека, и электроэнергия была непомерно дорога. Русский инженер Роберт Классон, наполовину швед, наполовину немец, родившийся в Киеве, решил использовать торф, чтобы сделать электроэнергию дешевле и доступнее. В 1912 году на подмосковном торфяном болоте было начато строительство первой в мире электростанции, работающей на торфе. Станция «Электропередача» (сегодня ГРЭС-3 в Ногинске) была введена в строй в 1914 году.
В декабре 1920 года VIII Всероссийским съездом Советов был принят план ГОЭЛРО, согласно которому за 10-15 лет объем мощности московской энергосистемы намечалось увеличить почти в четыре раза (с 93 тыс. до 340 тыс. кВт.). Всего в Советском Союзе, согласно плану ГОЭЛРО, было построено тридцать районных электростанций. К 1931 году государственный план электрификации был выполнен. К середине 1930-х годов установленная мощность станций достигла 820 тыс. кВт. В то время по выработке электроэнергии СССР занимал второе место в Европе и третье в мире.
Первая стационарная московская электростанция постоянного тока была сооружена в 1888 году. Она была построена на углу Большой Дмитровки и Георгиевского переулка – ныне в этом здании располагается Малый манеж. Вначале электростанция имела мощность 100 кВт, но уже к 1895 г. мощность увеличилась в 15 раз. В 1897 году была торжественно открыта Московская городская электростанция № 1 мощностью 3,3 МВт. Она впервые стала вырабатывать переменный трехфазный ток, что позволило использовать более высокое напряжение и передавать мощности на далекие расстояния.
Возможно, уже в ближайшем будущем человек сможет «вырабатывать» электроэнергию прогуливаясь по парку или совершая утреннюю пробежку. Дело в том, что группа американских исследователей разрабатывает технологию, которая позволит получать электричество, наступая на специальные пластмассовые вставки в обуви. Работать каблучный генератор будет просто: когда человек идет или бежит, давление его ног на вставки заставляет их сжиматься и растягиваться, и вырабатывать небольшое количество электричества. Простая ходьба даст от одного до трех ватт. Генератор можно будет соединить с аккумулятором, запасающим энергию. Ее вполне хватит для того, чтобы послушать радио или СD-плейер.
В 1977-м году в Соединенных Штатах началось преподавание культуры энергопотребления в школах и колледжах, а с 1980-го соответствующий раздел был включен в базовый курс экономики для университетов. На уроках юные американцы узнают о том, сколько теряют и страна, и каждый человек, если свет остается непогашенным, а кондиционер включенным с излишней мощностью. А из многочисленных комиксов и рекламных роликов молодежь воспринимает несложную идею: «Выключая свет, ты сколачиваешь себе капитал». Тут же предлагается размещать сэкономленные центы и доллары в банке, приплюсовывается процент и выясняется, что через 30 лет сэкономленной суммы будет достаточно… для покупки автомобиля.
В 1874 году русский инженер Федор Пироцкий предложил использовать в качестве проводника электрической энергии железнодорожные рельсы. В то время передача электричества по проводам сопровождалась большими потерями. Уменьшить потери в линии представлялось возможным при увеличении сечения проводника. Пироцкий провел опыты передачи энергии по рельсам Сестрорецкой железной дороги. Оба рельса изолировались от земли, один из них служил прямым проводом, второй – обратным. Изобретатель попробовал использовать идею для развития городского транспорта и пустить по рельсам-проводникам небольшой вагончик. Однако это оказалось небезопасно для пешеходов. Впрочем, позже такая система нашла развитие в виде современного метро.
Первые попытки создания осветительных приборов предпринимались уже в античности. Так, древние египтяне и жители средиземноморья использовали для освещения оливковое масло, заливая его в специальные глиняные сосуды с фитилями из хлопчатобумажных нитей. А вот жители побережья Каспийского моря в похожие светильники помещали другой подручный горючий материал – нефть. Первые свечи были изобретены уже в Средние века и изготовлялись из пчелиного воска и говяжьего сала. Затем в течение нескольких столетий величайшие умы человечества, включая Леонардо да Винчи, трудились над изобретением керосиновой лампы. Однако безопасная конструкция, годная для массового производства, появилась лишь в середине 19 века. Впрочем, электрическая лампочка пришла ей на смену всего четверть века спустя.
Подземное тепло планеты Земля – хорошо известный источник энергии. Первая в России геотермальная теплоэлектростанция была построена еще в 1966 г. А столица Исландии Рейкьявик сегодня получает тепло исключительно от горячих подземных источников. Однако потенциальная мощность геотермальной энергетики намного выше. Оказывается, на глубине 4-6 км под землей залегают раскаленные до 100-200°С массивы. На нескольких миллионах квадратных километров располагаются подземные реки и моря с глубиной залегания до 3.5 км и с температурой воды до 200°С. Пробурив скважину, можно получить фонтан пара и горячей воды и пустить этот дар природы на обогрев зданий или на турбины электростанций. Такая картина наблюдается на территории большинства стран мира.
История возникновения и развития российской энергетики тесно связана с именем Вернера фон Сименса – основателя немецкого концерна Siemens. Вернер фон Сименс в 1852 году предпринял ознакомительную поездку в Россию с целью налаживания деловых контактов и выяснения перспектив организации в стране электротехнического дела. Вскоре брат Вернера Карл Фридрих фон Сименс возглавил российскую дочку компании «Сименс и Гальске». Первыми «электрическими» проектами братьев Сименсов в Москве стало освещение выставки картин Айвазовского в 1880 году и иллюминация московского Кремля в мае 1883 года.
Картина «Свет электричества», прославляющая ученых и инженеров, преобразивших современную жизнь, считается одной из самых больших в мире. Она была выполнена в 1930-е годы известным художником-фовистом Раулем Дюфи. В парижский Музей современного искусства, более известный как Центр Помпиду, она перекочевала в 1964 году. Однако в 2001 году выяснилось, что энергетический шедевр покрыт с изнанки асбестом, провоцирующим рак и болезни легких. Стоимость работ по очищению панно, состоящего из 250 деревянных пластин общей площадью 600 квадратных метров, от канцерогенного материала была оценена в миллион долларов.
Немногие специалисты знают сегодня о том, что централизованное теплоснабжение – благо современных мегаполисов – всего лишь побочный продукт электрификации. Первые электростанции работали за счет тепловой энергии, получаемой в результате сгорания топлива – угля, нефти, торфа. Эта энергия нагревала воду, а образовавшийся пар поступал в турбину и вращал генератор. Отработанный пар поначалу не имел никакого применения и в буквальном смысле вылетал в трубу. Идея использовать его для обогрева помещений оказалась до гениальности простой и способствовала значительной экономии топлива. Тепло отработанного пара нагревало воду, а та при помощи насосов приводилась в движение по трубам систем теплофикации. Первую тепловую электростанцию построил в 1882 году в Нью-Йорке знаменитый американский изобретатель Томас Алва Эдисон. Любопытно, что в современной энергетике ситуация прямо противоположна изначальной: на станциях, вырабатывающих тепло, побочным продуктом считается уже электричество.
До 1899 года главным общественным транспортом в Москве была железнодорожная конка, скорость которой не превышала восьми километров в час. Москвичи шутили: «Конка, конка, догони цыпленка!» В 1898 году для питания трамвая была построена подстанция мощностью 320 кВт постоянного тока. Кабельная линия связывала ее с электростанцией, расположенной на Раушской набережной (МГЭС-1). Открытие движения трамвая по первой в Москве линии от Бутырской заставы по Нижней и Верхней Масловке до Петровского парка состоялось 25 марта 1899 года.
До середины 14 века единственным источником механической энергии на Руси была мускульная сила людей и животных. Единственным источником тепла кроме Солнца были дрова из леса, обильно произраставшего за московским частоколом – предшественником кремлевских стен. К 1389 году относится первое упоминание об использовании гидроэнергии в Москве: в завещании Великого князя Дмитрия Донского говорится о работе водяных мельниц на реках Яузе и Ходынке. В 1516 году на Руси появилась первая каменная плотина. Она была сооружена на речке Неглинной.
Знаменитый русский электротехник Павел Николаевич Яблочков изобрел не только электрическую лампочку, но и ее непосредственную предшественницу – электрическую свечу. Именно с помощью свечей Яблочкова осуществлялось первоначально уличное освещение. Каждая свеча стоила 20 копеек и горела 1,5 часа. Затем ее необходимо было заменить на новую. Впоследствии были придуманы фонари с автоматической заменой свечей. Свеча Яблочкова, конечно, имела значительные неудобства по сравнению с электрической лампой: она была недолговечна и обладала переменным световым потоком. Но все же она стала первым изобретением, позволившим широко применить электрическое освещение на улицах и площадях крупных городов, в театрах и магазинах.
Центральное отопление – изобретение сравнительно недавнее. Еще в 10-х годах ХХ века большинство домов в российских столицах отапливалось с помощью дровяных печей. Лишь некоторые предприятия и крупные дома пользовались услугами котельных. Так, в центре Москвы располагалось 1760 котельных, отапливающих 1170 зданий. Теплофикация Санкт-Петербурга началась 25 ноября 1924 года, когда впервые в шестиэтажный дом на Фонтанке было подано тепло по впервые проложенному теплопроводу. В Москве курс был первоначально взят на централизованное теплоснабжение промышленных предприятий. Идея создания централизованной системы теплоснабжения определила уникальность столичной энергосистемы: для московских электростанций главным продуктом является тепло, а электричество – продукт побочный, хоть и не менее важный.
Обычно имя Томаса Эдисона (1847-1931) связывают с электрической лампочкой. Однако на счету известного американского изобретателя всего более 1000 патентов. Первым его изобретением был телеграфный аппарат, а через несколько лет Эдисон изобрел многоканальный телеграф. Затем ученый сделал аппарат для записи звука человеческой речи – фонограф. Один из своих первых фонографов Томас Эдисон послал Л. Н. Толстому. Благодаря этому для потомков сохранился голос писателя. Чудо-изобретателю также принадлежит идея в качестве первого слова при разговоре по телефону говорить «алло» (вместо «Эй, кто там?»). Именно Эдисон изобрел прибор для измерения количества использованной электроэнергии – электрический счетчик. И… электрический стул.
Любителям сказочного творчества Александра Сергеевича Пушкина будет интересно узнать, что на юго-восточном побережье Австралии запущена первая в мире электросиловая установка, использующая в качестве топлива… ореховую скорлупу. Пока скорлупки действительно «золотые», ведь строительство «зеленого» генератора обошлось австралийцам в три миллиона местных долларов. Однако высокая производительность электростанции, которая будет перерабатывать до 1680 килограммов ненужной ореховой скорлупы в час, производя при этом 1,5 мегаватта электричества, позволяет надеяться на ее быструю окупаемость. Мало того, министерство энергетики Австралии планирует удвоить производительность предприятия в течение ближайших двух лет.
Впервые в истории часы перевели жители Великобритании в 1908 г. Сегодня переводят стрелки граждане 110 стран. В нашей стране первый раз это произошло в 1917 г. Затем в 1930 страна перешла на так называемое «декретное» время и круглогодично жила на час «впереди планеты всей». В 1981 г. «летнее время» вновь начинает действовать на территории СССР. Следовательно, летом часы советских граждан отрываются от реальности уже на два часа. Лишь в марте 1991 г. декретное время было отменено, поясное «зимнее» время восстановлено в своих правах, а летом часы стали переводиться на час вперед как во всех сопредельных государствах. «Летнее» время позволяет эффективнее использовать энергоресурсы. В России таким образом экономится 2 – 2,5 млрд кВт·ч в год. При этом снижается нагрузка на энергооборудование и улучшается экологическая обстановка.
Как известно, государственный выставочный зал «Малый манеж» находится в здании первой московской электростанции «Георгиевская». Это далеко не единственный пример вторжения искусства в пространство социально-экономической жизни современного города. Уже существуют музеи-фабрики, музеи-вокзалы, музеи-электростанции, а в настоящее время строится даже музей-пляж. Самый известный музей, разместивший свою экспозицию в здании бывшей электростанции – лондонский Новый Музей современного искусства Тейт Модерн. Менее известный, но не менее стильный и оригинальный музей античного искусства Электростанция Монтемартини находится в Риме. Античные статуи особенно радуют глаз посетителя в инженерном интерьере машинного зала.
Прообразом современного трансформатора, позволяющего передавать электроэнергию высокого напряжения на большие расстояния, была индукционная катушка – первый электроприбор, использовавший явление электромагнитной индукции. В середине 19 века во время Крымской войны российский академик Б. С. Якоби применил это изобретение отнюдь не в мирных целях: ему удалось оградить Кронштадт подводными минами, чьи пороховые заряды воспламенялись с помощью индукционных катушек. Один из кораблей непобедимой англо-французской эскадры подорвался на электрической мине, и остальные в полной растерянности покинули Финский залив. Так неизвестные противнику русские электрические «катюши» заставили отступить великолепный европейский флот.
Недостатка в грандиозных энергетических проектах не было никогда. В начале прошлого века известностью пользовалась идея «приручения» энергии Гибралтарского пролива. Через него из Атлантики в Средиземное море каждую секунду перетекает десятки тысяч кубометров воды. Авторы проекта предлагали искусственно понизить уровень Средиземного моря на 200 метров и, установив в проливе несколько электростанций, получать энергию огромной по тем временам мощности – 120 ГВт. Для этого надо было лишь перегородить Гибралтар плотиной.
Возможно, электричество существовало уже в Древнем Египте, Месопотамии и Южной Америке. Ученые считают, что работы внутри египетских и южноамериканских пирамид, а также росписи стен цветными красками могли осуществляться при электрическом освещении помещений с помощью небольших переносных светильников. Действительно, на внутренней поверхности пирамид не обнаружено следов копоти, что исключает использование факелов. Зато источники искусственного света упоминаются в древних текстах. Более того, на сохранившихся рисунках у древних рудокопов во лбу сияет подобие фонаря, а на стенах храмов в Египте обнаружены изображения жреца, держащего в руках огромную лампу. Конечно, древние рисунки часто носят символический характер, однако совершенно достоверно известно, что для защиты от ударов молний египтяне использовали вколоченные в землю металлические мечи.
Индийские ученые придумали еще один альтернативный источник питания. Они решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. От четырех таких батареек можно запустить стенные часы, пользоваться электронной игрой или карманным калькулятором. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.
Солнечную электростанцию стоимостью в миллиард австралийских долларов планирует построить электроэнергетическая компания Enviromission. Согласно проекту, электростанция станет самым высоким сооружением в мире – башня высотой в 1 000 м (примерно в два раза выше знаменитой телебашни в Торонто) и с основанием размером с футбольное поле будет построена в малонаселенном районе Буронга штата Новый Южный Уэльс. Амбициозные планы австралийцев – часть всемирной кампании за расширение использования возобновляемых источников энергии. Ожидается, что электричества, вырабатываемого башней, хватит для снабжения 200 000 домов, а ее эксплуатация позволит предотвратить выброс 900 000 т парниковых газов в год.
Первую в мире парогазовую турбину построил русский моряк, а точнее – инженер-механик Российского военного флота Павел Дмитриевич Кузьминский. Интересы изобретателя Кузьминского простирались от вопросов механики корабля до теплотехники и воздухоплавания. Так, Кузьминский был одним из инициаторов создания воздухоплавательного отдела Русского технического общества. Парогазовую турбину, или, как она тогда называлась, газопарород, капитан Кузьминский построил и испытал в 1892 году. А год спустя он предложил военному министерству проект дирижабля с турбинным двигателем собственной конструкции. Известно, что Кузьминский готовил парогазовую турбину к показу на Всемирной выставке в Париже 1900 года, до которой не дожил нескольких месяцев.
Первые проекты ветроагрегатов, способных вырабатывать электроэнергию, появились еще в 20-е годы ХХ века. Первый экземпляр ветродвигателя с роторами (цилиндрами) на четырех крыльях, диаметром 20 м, был установлен в 1926 году в Берлине на башне высотой 15 м. Его крылья были сделаны из легкого металла — лоталя. Тогда же предпринимались попытки создать силовые установки на основе ветроагрегата для морских и речных судов. Работы эти, основанные на эффекте Магнуса (при вращении цилиндра в набегающем на него потоке воздуха появляется поперечная сила, действующая на него), со временем были свернуты. В 80-е годы Жак-Ив Кусто построил корабль, работающий на том же принципе, доказав, как минимум, что «в этом что-то есть».
История солнечных батарей достаточна богатая, первые модули были получены в начале 20-го века, но в промышленное производство были запущены американской корпорацией Bell в 1954 году. Трудно поверить, но американцы в штате Калифорния в 1958 году уже устанавливали на фонарные столбы панели для уличного освещения:
Проект был свёрнут из-за высокой цены, стоимость одного ватта равнялась 30 долларов.
В 1958 году, 30 долларов США – это как примерно 300 долларов в 2012 году.
До 90-ых годов солнечные модули имели ограниченное примение из-за высокой стоимости, в 2011 году произошло резкое падение цен на мировом рынке – до спотовых (биржевых) цен 1 доллар за ватт.
В 2012 году падение цен продолжилось. Спрос на панели из-за низких цен подскочил в несколько раз, в России, также как и во всём мире – подешевевшие панели стали тут же пользоваться сильным спросом.