Увод

За   да   усвоява   природните   богатства   човек   се   нуждае   от 

енергия.   Тя   е   в   основата   на   индустриалната   цивилизация;   без 
енергия   съвременното   човешко   съществуване   не   би   било   такова, 
каквото го познаваме. След 1970 година, светът започва болезнено 
да се приспособява към жизненоважната нужда от енергия, като това 
води до увеличаване на използваните количества нефт, въглища и 
природен   газ.   За   съжаление,   обаче,   използването   на   тези   горива 
(както и на някои други), дори в съчетание с модерните технологии 
и строгите законови мерки, има тежки последици за околната среда 
– замърсяването, дължащо се на неправилното транспортиране на 
суровините,   необходими   за   получаване   на   енергия;   техническите 
грешки, допуснати при самото й получаване; както и отделянето на 
газове   по   време   на   процеса,   могат   да   повлияят   пагубно   на 
човечеството. Колкото и строги да са предприетите законови мерки, 
все   още   не   са   намерени   отговори   на   редица   въпроси,   касаещи 
преработката   на   остатъчните   продукти,   ограничаването   на 
замърсяването,   намаляването   на   емисиите   вредни   газове   в 
атмосферата, както и предотвратяване изчерпването на енергийните 
запаси   в   световен   мащаб.   И   докато   не   бъде   намерен   изход   от 
ситуацията,   за   по-безопасното   и   по-пълноценното   използване   на 
традиционните източници на енергия, се налага разработването на 
планове   за   овладяване   на   природните   източници   на   енергия 
(Слънцето, вятърът, геотермалните извори и други) и тяхното все 
по-широко   приложение   в   ежедневието.   Тези   природни   енергийни 
източници   са   известни   като   възобновяеми,   или   алтернативни 
източници на енергия и те “излъчват” алтернативна енергия. 

А под понятието алтернативна енергия се разбира всяка форма 

на   енергия   получена   от   Слънцето,   вятъра,   геотермалните 
резервоари,   водата,   или   който   и   да   е   друг   природен   възобновим 
източник, различен от полезните изкопаеми и горива. Поради тази 
причина   алтернативната   енергия   се   нарича   още   възобновима 
енергия.

Въвеждането на алтернативни източници на енергия се налага 

поради   много   причини   основните,   от   които   са:   избягване   на 
непрестанното замърсяване на околната среда от електроцентралите, 
изгарящи изкопаеми горива; това, че тези източници са непрекъсващ 
и   леснодостъпен   енергиен   ресурс;   както   и   по-ниската   им   цена   в 
сравнение   с   тази   на   изкопаемите   горива.   И   докато   някои   страни 
определено   са   монополисти   по   отношение   на   износа   на   нефт, 
въглища и природен газ, то слънчева светлина и вятър има във всяка 

точка   на   земното   кълбо.   Геотермалните   извори,   от   своя   страна, 
могат да се образуват изненадващо във всеки един момент, дори да 
не се няблюдава наличието на такива признаци. Веднъж формирани, 
те стават надежден източник на енергия в продължение на стотици 
години.   Затова   правилното   и   навременно   “разработване”   на 
алтернативните източници на енергия може да се окаже в основата 
на едно бъдеще без замърсяване на околната среда, без енергийни 
кризи и недостиг на природни ресурси.

Алтернативната енергия – енергия на бъдещето

Алтернативната енергия, известна още като възобновима, се 

получава   от   възобновяеми   енергийни   източници   (слънчевата 
енергия, енергията на вятъра, геотермалната енергия, биомасата и 
хидроенергията).   Проектите   за   производство   на   възобновима 
енергия   правят   излишно   производството   на   електроенергия   и 
топлоенергия   от   изкопаеми   горива   и   водят   до   намаляване   на 
емисиите въглерод, отделяни от източника на органично гориво, тъй 
като   технологиите   за   възобновима   енергия   са   източници   с   нула 
емисии   на   парникови   газове.   Затова   с   право   можем   да   наречем 
алтернативната   енергия   енергия   на   бъдещето   –   не   само,   че 
алтернативните източници на енергия не представляват опасност за 
околната среда, но са и неизчерпаеми. И докато за възстановяването 
на   запасите   от   въглища   например,   е   необходимо   толкова   много 
време,   то   алтернативните   енергийни   източници   (водата,   вятъра, 
слънчевата   енергия,   геотермалната   енергия,   газта   от   сметищата, 
биомасата и твърдите битови отпадъци) се възобновяват постоянно 
от   естествените   процеси   и   не   използват   изчерпаемите   запаси   от 
горива. За да се генерира енергия от тях е необходимо само да се 
построят съответните електроцентрали на правилните места и да се 
намери начин за преодоляване на енергийния недостиг, възникващ в 
дадени моменти, поради непостоянната им природа.

1.1.   Слънчевата   енергия   и   нейната   трансформация   в 

природата. Слънчева енергия от космоса.

Слънчевата   енергия   е   лъчиста   енергия,   генерирана   от 

Слънцето   в   резултат   на   реакции   на   ядрен   синтез.   Тя   достига   до 
Земята,   пренесена   през   космическото   пространство   посредством 
фотони,   които   взаимодействат   със   земната   атмосфера   и   земната 
повърхност.   Силата   на   слънчевата   енергия   във   външния   слой   на 
земната атмосфера, когато Земята се намира на средна стойност от 
цялото разстояние между планетата и Слънцето, се нарича соларна 
константа, средната стойност на която е 2 кал/мин/смІ. Интензитетът 
й,   обаче,   не   е  постоянен   –  варира   с   около   0.2%  за   период   от  30 

години.   Интензитетът   на   енергията,   която   в   действителност   се 
намира на земната повърхност, е по-малък от соларната константа, 
защото   при   взаимодействие   на   фотоните   с   атмосферата,   част   от 
лъчистата енергия се абсорбира или отразява. Силата на слънчевата 
енергия в дадена точка на земята зависи (по сложен, но предвидим 
начин) от годишните времена, деня и часа, надморската височина на 
събирателната   точка.   Освен   това,   количеството   слънчева   енергия, 
което   може   да   бъде   събрано,   зависи   и   от   ориентацията   на 
събирателните панели спрямо Слънцето.

Събирането на слънчева енергия в природата е характерно за 

земната атмосфера, океаните и растителния свят. Взаимодействието 
между   слънчевата   енергия,   океаните   и   атмосферата,   например, 
поражда ветровете, които от векове са използвани за задвижването 
на вятърните мелници. Приблизително 30% от слънчевата енергия, 
достигаща външния слой на атмосферата, се изразходват при водния 
кръговрат,   при   образуването   на   дъждовете   и   формирането   на 
потенциалната енергия на водата в планинските потоци и реките. А 
при   преминаването   на   тези   води   през   специални   турбини,   се 
получава хидроелектрическа енергия. Слънчевата енергия участва и 
в процеса фотосинтеза и спомага за разрастването на растителния 
свят   (биомасата).   А   биомасата   също   може   да   се   използва   за 
получаване на енергия – от дървения материал и изкопаемите горива 
(тъй като те са всъщност геологически остарели растителни видове). 
Дори горива като алкохола и метана могат да бъдат извлечени от 
биомасата.   Океаните   също   представляват   форма   на   природно 
събрана   слънчева   енергия.   Като   резултат   от   абсорбирането   на 
слънчева   енергия   в   океаните   и   океанските   течения   възникват 
температурни промени, като на някои места тези вариации достигат 
20˚С за разстояние от няколко стотин метра. Според принципите на 
термодинамиката,   когато   големи   маси   съществуват   при   различни 
температури, може да се създаде цикъл, генериращ енергия – като се 
отнеме енергия от високотемпературните маси и се прехвърли към 
по-нискотемпературните   маси.   Различията   в   тези   две   топлинни 
енергии се проявяват като механична енергия, която преобразувана 
от генератор може да се използва за да се произведе електричество. 
Системите   за   преобразуване   на   термална   енергия   от   океана, 
изискват   огромен   обмен   на   топлина   и   зависят   от   много   други 
процеси   в   океаните,   за   да   се   осъществи   произвеждането   на 
електричество в мегаватовия обхват.

Една от футуристичните схеми, предложени за получаване на 

енергия   в   големи   мащаби,   предвижда   поставянето   на   големи 
соларни модули, движещи се синхронно в земната орбита, където 
енергията получена от слънчевата светлина да бъде преобразувана в 

микровълни   и   излъчена   към   антени,   намиращи   се   на   земната 
повърхност,   след   което   отново   да   бъде   преобразувана,   но   в 
електроенергия. За да се произведе толкова енергия, колкото от пет 
големи  ядрени  електроцентрали   (с   капацитет   по   1000   мегавата 
всяка) няколко квадратни километра слънчеви колектори, тежащи по 
4,5   хиляди   тона   всеки,   ще   трябва   да   бъдат   наредени   в   земната 
орбита; а на Земята ще трябва да се изгради антена с диаметър 8 
километра.   По-малки   системи   биха   могли   да   бъдат   изградени   за 
отдалечени   острови,   но   икономиката   отдава   предимство   на   една 
обща голяма система.

1.2. Геотермалната енергия и околната среда. Геотермална 

геология.

Геотермална   енергия   е   енергията,   която   се   съдържа   в 

интензивната   топлина,   която   постоянно   се   излъчва   от   Земята. 
Първичният източник на тази топлина е земното ядро. Част от нея се 
поражда   в   земната   кора,   която   е   с   дебелина   от   около   5   до   75 
километра, и изолира повърхността на планетата от горещината в 
нейната вътрешност, която в близост до ядрото може да достигне 
температури от 4000° до 7000°С. На местата, където топлината се 
концентрира   близо   до   повърхността,   тя   може   да   бъде   използвана 
като източник на енергия.

Геотермалната   енергия   е   неизчерпаем,   възобновяващ   се 

ресурс:   топлината,   която   постоянно   се   излъчва   от   Земята   и 
годишното количество паднали валежи възстановяват количеството 
вода в геотермалните резервоари. А количеството във всеки един от 
тях може да остане неизразходвано с десетилетия, може би дори с 
векове. 

В сравнение с други видове електроцентрали, геотермалните 

оказват относително малък ефект върху околната среда. Затова те 
намират   широко   приложение   във   селскостопанските   земи,   в 
специфични   пустинни   райони,   както   и   в   горски   масиви   за 
възпроизвеждане.

Понякога, в геотермалните резервоари присъства сероводород 

(Н

2

S),   газ,   който   в   много   високи   концентрации   може   да   бъде 

токсичен. В случай, че наличието му е установено, той се отстранява 
от водата в геотермалните резервоари с помощта на “пречистващо” 
оборудване против замърсяване.

Геотермалните резервоари съдържат по-високи концентрации 

на минерали и химикали, отколкото водите от пясъчниците, които 
понякога се използват за пиене и захранване на кладенци. По тази 
причина, кладенците изкопани върху геотермални резервоари имат 
няколко групи тръби, или изолационни облицовки, циментирани в 
земята около кладенеца по цялата му дължина. Тръбите и цимента 

не позволяват на термалната вода от дълбочина да се смеси с вече 
пречистената и годна за пиене вода.

Геотермалните   резервоари   съдържат   и   малко   количество 

въглероден диоксид (СО

2

), който се освобождава, когато горещата 

вода се превърне в пара. Някои учени вярват, че освобождаването на 
въглероден   диоксид   в   атмосферата   –   отчасти   в   резултат   от 
изгарянето   на   изкопаеми   горива   –   е   причината   за   постепенното 
покачване на температурата в световен мащаб (Глобално затопляне), 
тъй   като   въглеродният   диоксид   задържа   слънчевата   радиация 
отразена от земната повърхност и тя не може да се излъчи обратно в 
космоса.   Количеството   на   изпусканият   от   геотермалните 
електроцентрали въглероден диоксид, обаче, варира от нула до 4% 
от   количеството   въглероден   диоксид,   изпускан   от   еквивалентна 
електроцентрала, в която се използват въглища или нефт.

Разстоянието от повърхността на Земята до нейния център е 

около  6500  км.  От  земната  повърхност  надолу  към  земната   кора, 
температурата обикновено варира от 10° до 30°С за километър. Под 
земната кора е мантията, която е изградена от частично разтопени 
скали и температурата може да достигне  3700°С.  Циркулиращите 
движения   на   скалите   в   мантията   пораждат   движенията   на 
тектоничните   плочи   –   “отклонението”   на   пластовете   от   земната 
кора, което се проявява с около 1 до 5 сантиметра годишно. Там, 
където   плочите   се   разделят,   разтопена   скална   маса   (магма),   се 
издига към пукнатините и се втвърдява, като така се възстановява 
земната кора. А когато плочите се сблъскат, обикновено едната се 
приплъзва   под   другата.   Когато   попадналата   отдолу   плоча   се 
доближи   до   мантията   (където   температурата   се   увеличава),   се 
стопява, образувайки нова магма. Част от магмата се издига и се 
внедрява   в   земната   кора,   пренасяйки   големи   количества   топлина 
значително   близо   до   земната   повърхност.   Ако   магмата   достигне 
повърхността   се   образуват   вулкани,   но   по-голямата   част   от 
разтопените   скали   остава   под   земната   повърхност,   създавайки 
обширни подземни райони с горещи скали.

1.3. Енергия от вятъра

Енергия от вятъра наричаме енергията, носена от различните 

по   сила   ветрове,   разпространяващи   се   по   земната   повърхност. 
Когато   бъде   събрана,   енергията   на   вятъра   може   да   бъде 
преобразувана   в   механична   енергия   и   да   бъде   използвана   за 
дейности като изпомпване на вода, мелене на зърно и пресоване на 
дървени   трупи.   Чрез   свързването   на   въртящ   се   ротор   (перки, 
монтирани   към   главина)   към   електрогенератор,   съвременните 
вятърни турбини преобразуват енергията от вятъра, която задвижва 
ротора, в електроенергия.

Вятърът възниква, когато затопленият от Слънцето въздух над 

земната повърхност се издига, оставяйки вакуум на мястото, което 
преди това е заемал. По-хладният въздух около него, тогава, нахлува 
на   това   място   и   запълва   вакуума.   Именно   движението   на 
нахлуващият въздух наричаме вятър.

Египтяните   може   би   са   били   първите,   които   са   събирали 

енергия от вятъра, когато са започнали да плават по река Нил през 4 
век   преди   новата   ера.   Векове   след   това   плавателни   съдове, 
задвижвани от вятъра, са били използвани за прекосяване на морета 
и океани и са били основна форма на транспорт. Енергията от вятъра 
започнала да се събира “на земята” след създаването на вятърните 
мелници   от   древните   перси   през   7   век   от   новата   ера.   От   тогава 
вятърните мелници се използват за мелене на зърно, изпомпване на 
вода,   разрязване   на   дървен   строителен   материал,   както   и 
осигуряване на механична енергия за различни дейности.

Тъй като вятърът е екологично чист и възобновим източник на 

енергия, съвременни вятърни турбини се изграждат в страни като 
Германия,   Дания,   Индия,   Китай,   САЩ,   като   допълнение   към   по-
традиционните   източници   на   електроенергия,   като   изгарянето   на 
изкопаеми   горива.   Подобренията   в   дизайна,   като   по-ефективните 
роторни перки, съчетани с увеличаването на броя на инсталираните 
турбини, спомагат за увеличаването на капацитета за генериране на 
енергия от вятъра  в световен мащаб с близо 50% от 1990 година 
насам. През 1997 година, например, световният пазар на енергия от 
вятъра е достигнал 3 милиарда долара.

II. Съвременните алтернативни източници на енергия

Най-широко използваните съвременни алтернативни източници на 
енергия са слънчевата радиация, геотермалните резервоари и силата 
на вятъра.

2.1. Събиране на слънчевата енергия

Директното събиране на слънчева енергия включва използването на 
изкуствено

създадени

устройства

–

слънчеви 

термоелектрогенератори   или   слънчеви   колектори.   Слънчевите 
термоелектрогенератори   са   устройства   за   пряко   преобразуване   на 
слънчевата   енергия   в   електрическа.   Снабдени   са   със   системи   за 
концентриране   на   слънчевата   радиация   и   системи   за   следене   на 
видимото   движение   на   Слънцето.   Използват   се   предимно   за 
автономни   потребители   с   мощност   до   няколко   стотин   вата. 
Слънчевите колектори са проектирани така, че да събират енергията 
посредством   фокусиране   към   слънчевите   лъчи.   Веднъж   събрана, 
енергията   се   подлага   на   термична   (или   фотоелектрична,   или 

фотоволтова)   преработка.   След   термична   преработка   слънчевата 
енергия се използва за нагряване на течност или газ, които след това 
се   складират   или   преразпределят.   След   фотоволтова   преработка 
слънчевата енергия се превръща директно в електрическа, без да се 
използват междинни механични устройства. Слънчевите колектори 
се делят на два основни (и по-широко използвани вида) – плоски 
(хоризонтални) колектори и концентриращи колектори. 

•

Плоски (хоризонтални) колектори

Хоризонталните   колектори,   чрез   термообработка,   задържат 
слънчевата   радиация   на   абсорбиращата   плоскост,   за   която   са 
свързани тръбички, пренасящи така наречените носещи течни среди 
(течности   или   газове).   Температурата   на   носещите   течни   среди, 
преминаващи през тези поточни канали се повишава посредством 
топлообмена   от   абсорбиращата   плоскост.   Когато   енергията, 
пренесена към носещите течни среди бъде отделена от слънчевата 
енергия,   свързана   с   колектор   и   изразена   в   проценти,   се   нарича 
моментална   колекторна   способност.   Хоризонталните   колектори 
обикновено имат една или повече  оптически прозрачни покривни 
плоскости,   с   оглед   минимизирането   на   енергийните   загуби   на 
абсорбиращата   плоскост,   като   опит   за   постигане   на   максимална 
ефикасност. Обикновено те са способни да нагреят носещите течни 
среди до 82˚С, с продуктивност между 40% и 80%.

Хоризонталните колектори се използват успешно за нагряване 

на   вода,   както   и   за   удобство.   Типично   тяхно   приложение   в 
ежедневието е монтирането им на покриви на къщи или жилищни 
сгради. В северното полукълбо те са ориентирани на юг, а в южното 
–   на  север.   Оптималният   ъгъл   на  височина   на   колектора   (спрямо 
хоризонталното му положение) зависи от надморската височина на 
мястото   и   начинът,   по   който   той   е   инсталиран.   Обикновено 
колекторите   за   битови   нужди  на   височина   са   насочени   под   ъгъл, 
равен на ъгъла на надморска височина ±15˚, а на юг (или на север) - 
под ъгъл от ±20˚.

Като   допълнение   към   плоските   колектори,   обикновено 

използвани   за   нагряване   на   вода   или   за   отопление,   се   включват 
циркулиращи   помпи,   температурни   сензори,   устройства   за 
автоматично   активиране   на   помпите,   също   както   и   акумулиращи 
механизми. Газ или течност  (вода, или смес  от антифриз и вода) 
могат да служат като носещи течни среди в соларните нагревателни 
системи,   а   един  добре   изолиран   резервоар   за   складиране   на  вода 
обикновено служи като междинно енергийно хранилище.

•

Концентриращи колектори

За   приложения   като   вентилация,   генериране   на   енергия,   и   много 
други   индустриални   дейности,   изискващи   наличие   на   висока 

температура,   плоските   колектори   не   могат   да   пренесат   носещите 
течни среди с температурата, нужна за правилното извършване на 
дадената   дейност.   В   тези   случаи   те   могат   да   бъдат   използвани   в 
първия   етап   от   процеса   като   входни   топлинни   устройства;   след 
което температурата на носещите течни среди се покачва от други 
стандартни   нагревателни   уреди.   Като   алтернатива   на   това   се 
използват   по-сложните   и   скъпи   концентриращи   колектори.   Те 
оптически отразяват и фокусират попадналата на повърхността им 
слънчева светлина върху малка приемна площ. Като резултат от това 
концентриране, интензитетът на слънчевата светлина се увеличава и 
температурата,   на   повърхността   на   приемната   площ   (наречена 
“мишена”)   може   да   достигне   няколкостотин   или   дори   няколко 
хиляди   градуса   целзий   Концентриращите   колектори   трябва   да   се 
движат,   за   да   следват   лъчите   на   Слънцето,   с   цел   постигане   на 
максимална   ефективност   и   това   се   осъществява   благодарение   на 
устройства, наречени хелиостати.

•

Слънчеви пещи

Слънчевите   пещи   са   устройства   за   разтопяване   и 

термообработване   на   материали   чрез   използване   на   енергията   на 
слънчевата   радиация.   Снабдени   са   с   хелиоконцентратор,   приемни 
устройства   и   система   за   следене   на   видимото   движение   на 
Слънцето.   Едно   от   важните   високотемпературни   приложения   на 
концентриращите устройства е при слънчевите пещи, най-голямата, 
от които се намира във Франция и използва 9600 рефлектора с обща 
площ   от   приблизително   1860   мІ   за   достигане   на   работни 
температури   до   4000°С.   Такива   пещи   са   идеални   за   изследвания, 
изискващи   високи   температури   и   обеззаразени   среди   –   като 
например при изследването на материята.

•

Централни приемници

Цялостното генериране на електрическа енергия, получена от 

слънчева енергия все още е в процес на разработка. В централните 
приемници,   или   “електрически   кули”,   се   предвижда   редица   от 
рефлектори  монтирани  към  компютърно-управляван  хелиостат,  да 
отразяват   и   фокусират   слънчевите   лъчи   към   водонагревател, 
намиращ се върху “кулата”. Парата, образувана по този начин може 
да бъде използвана в стандартните електроцентрали за получаване 
на електроенергия.

•

Слънчево охлаждане

Слънчево охлаждане може да се постигне чрез използването 

на слънчевата енергия, като източник на топлина, в абсорбционен 
цикъл   на   охлаждане.   Един   от   компонентите   на   стандартните 
абсорбционни   охлаждащи   системи,   наречен   генератор,   изисква 
наличието   на   топлинен   източник.   А   тъй   като   температурите 

надвишаващи   150°С   са   всъщност   необходимите   за   правилното 
функциониране   на   абсорбционните   устройства,   концентриращите 
колектори   са   по-подходящи   за   охлаждащи   устройства,   отколкото 
хоризонталните колектори.

Системите   за   активно   слънчево   охлаждане   включват 

инсталирането на специално оборудване, което използва енергията 
от   слънцето   за   нагряване,   или   охлаждане   на   съществуващи 
структури.   Пасивните   системи   за   слънчево   охлаждане   включват 
проектиране   на   самите   структури   по   начини,   подходящи   за 
използването на слънчевата енергия за охлаждане или отопление. На 
графиката   например,   площта   за   слънчева   светлина   служи   като 
колектор  през   зимата,  когато   слънчевите  паравани   са  отворени,  а 
като средство за охлаждане през лятото, когато слънчевите паравани 
са   затворени.   Плътните   стени   от   бетон   са   подходящи   за   големи 
температурни изменения, тъй като абсорбират топлина през зимата 
и изолират през лятото. Отделенията за вода осигуряват термална 
маса за съхраняване на топлина през деня и освобождаването й през 
нощта.

2.1.1. Устройства за събиране на слънчевата енергия

Поради периодичната природа на слънчевата радиация, като 

енергиен ресурс, по-големите количества слънчева енергия, събрани 
за кратки периоди, изискват да бъдат съхранявани така, че да могат 
да   бъдат   използвани,   когато   наличието   на   слънчева   енергия   е 
недостатъчно. Освен обикновените системи за съхранение с вода и 
пари,   могат   да   бъдат   използвани   и   по-компактни   устройства 
(особено   при   процесите   на   охлаждане),   които   са   на   основата   на 
фазите на промяна на характеристиките на някои соли (такива, които 
се топят при ниски температури). Слънчевите батерии също могат 
да служат за съхраняване на допълнителната електрическа енергия, 
получена от вятъра или фотоволтовите устройства. Те представляват 
полупроводникови   фотоелектрически   генератори,   в   които 
светлинната   енергия   се   преобразува   в   електрическа,   чрез 
използването на вътрешен фотоефект във фотоелементи. Състоят се 
от плоски панели от слънчеви  елементи (няколкостотин хиляди с 
обща   площ   десетки   квадратни   метра),   защитени   са   с   прозрачно 
покритие. Друга по-широко разпространена концепция е, че може да 
се   пренася   допълнителната   електрическа   енергия   към   вече 
съществуващите енергийни системи, като тези системи служат като 
допълнителни източници, когато слънчевата активност е минимална 
и съответно недостатъчна за получаване на енергия. Икономиката и 
надеждността   на   такива   схеми,   обаче,   поставят   граници   на   тази 
алтернатива.

2.1.2. Фотоволтаж