Нетрадиционные источники энергии, современное состояние и перспективы

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ  УЧИЛИЩЕ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

 

 

КАФЕДРА ПАСОП

 

 

Дисциплина «Безопасность  жизнедеятельности»

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тема «Нетрадиционные  источники энергии, современное  состояние и перспективы»

 

 

 

 

Выполнил: к-т Иванов Н.В.

Учебная группа П-10-3

Проверила: Марчик Л.А.

 

 

 

 

 

Ульяновск 2012 
Содержание.

Введение. 
1. Ветроэнергетика.

2. Гелиоэнергетика. 
3. Альтернативная гидроэнергетика. 
4. Геотермальная энергетика. 
5. Космическая энергетика.

6. Водородная энергетика. 
7. Биотопливо. 
8. Распределённое производство энергии.

Заключение.

Список использованных источников.

 

 

 

Введение.

 

Энергетический кризис - проблема не одного города, района, края, - это проблема всего Человечества, всего населения Земли. Кто из нас не задумывался над тем, как люди будут жить дальше, когда выберут из Земли все запасы? На сколько лет еще хватит угля, нефти, газа?  Именно столько и возможно будет просуществовать Человеку, если он не научится думать об окружающем его мире, о, давшей ему жизнь, матери-природе!

 

Однако уже сегодня ученые работают над тем, чтобы найти новые источники энергии. Энергия, которую они вырабатывают, позволяет экономить запасы природного сырья. Поэтому они и называются альтернативными источниками энергии.

 

Что же это за источники? Это - вода, текущая в реках и падающая в водопадах, солнечная энергия, энергия приливов и отливов, подземное тепло и атомная энергия.

В настоящее время ведется постоянный поиск новых источников энергии, потому что потребление энергии  постоянно возрастает.

Примером использования альтернативной энергии может быть дом, обогреваемый солнечной энергией. В крышу встраиваются специальные пластины. Падающий на них солнечный свет нагревает воду, и ее тепло используется для обогрева дома. Но солнечную энергию можно преобразовывать и в электричество. Для этого используются мощные солнечные батареи. Выработанная ими электроэнергия запасается в аккумуляторах.

 

Очень большое значение имеет использование  атомной энергии. Атомные электростанции являются самыми экологически чистыми  источниками энергии. Если ученым удастся  снизить опасность ядерного облучения, то в будущем они займут преобладающее  место в энергетике. Проблема заключается в том, чтобы создать самые надежные атомные электростанции и разработать способы использования радиоактивных отходов.

 

Еще одним источником энергии является энергия ветра. В прошлом ветер  использовался на ветряных мельницах, чтобы молоть зерно. Но новые мельницы будут и источником электрической энергии.

 

Итак, мы можем сделать  вывод, о том, что... 
Альтернативный (нетрадиционный) источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле.

 
Основными направлениями  в альтернативной энергетике являются: 
Ветроэнергетика

• Автономные ветрогенераторы
• Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

 

Альтернативная гидроэнергетика

• Приливные электростанции
• Волновые электростанции
• Мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)
• Водопадные электростанции
• Аэро ГЭС (конденсация/сбор водяного пара из атмосферы и гидравлический напор 2-3 км)

 

Гелиоэнергетика

• Солнечный водонагреватель
• Солнечный коллектор
• Фотоэлектрические элементы

 

Геотермальная энергетика

• Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
• Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

 

Космическая энергетика

Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения.

 

Водородная энергетика и сероводородная энергетика

• Водородные двигатели (для получения механической энергии)
• Топливные элементы (для получения электричества)

 

Биотопливо

• Получение биодизеля
• Получение метана и синтез-газа
• Получение биогаза

 

 

Распределённое производство энергии

Новая тенденция в  энергетике, связанная с производством  тепловой и электрической энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ветроэнергетика и ее перспективы.

Энергия ветра - уникальный ресурс, так как человечеству необходимо лишь использовать её, не предпринимая никаких усилий по возобновлению её запасов.

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление  может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ) и атомной энергии, относящихся к невозобновляемым источникам энергии. Однако, по результатам многочисленных исследований, органическое топливо к 2020 г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет альтернативных источников энергии – солнечной, ветровой, геотермальной, энергии морских волн, приливов и океана, энергии биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергии больших и малых водотоков, относящихся к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии. Одним из наиболее используемых нетрадиционных источников энергии является ветровая энергия. Альтернативная энергия этого типа обладает потенциалом, равным 1% от годовой солнечной энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Если даже использовать хотя бы 10% (что вполне реально и экономически оправдано) этой альтернативной энергии, то это примерно равно количеству электроэнергии, вырабатываемой на всем земном шаре.

 

Ветровая электростанция.

Ветровая электростанция представляет собой несколько ветроустановок, собранных в одном месте. Некоторые  станции включают 100 и более ветрогенераторов. Данный тип электростанций при помощи ветряной турбины превращает механическую энергию ветра в электрическую. Ветроустановки устанавливаются на разных приспособлениях, превращающих энергию ветра в механическую работу; чаще всего для этого используются лопастевые машины с горизонтальным валом, установленным в направлении ветра. Значительно реже используются установки с вертикальным валом, поскольку они, хоть и не требуют установки по ветру, имеют более низкий КПД и требуют внешнего источника для запуска. Современные ветроустановки с горизонтальной осью и высоким коэффициентом скорости имеют КПД 46-48%, приближаясь по этому показателю к традиционным тепловым станциям.

На сегодняшний день применяется несколько вариантов  механизмов, способных превращать ветер  в электроэнергию. Основным их элементом является ветряное колесо. По принципу работы и схеме строения колеса, используемого на ветровых электростанциях, они делятся на три типа: пропеллерные, карусельные, или роторные, и барабанные.

Карусельные и барабанные ветроустановки имеют вертикально установленный вал, который вращается под действием ветра на лопасти, размещенные с одной стороны оси, тогда как другие закрываются ширмой или поворачиваются ребром к ветру. Ветроустановка, оборудованная такими механизмами, довольно громоздка и менее эффективна по сравнению с пропеллерной. Поэтому современная ветроэнергетика использует в основном более совершенный и менее затратный пропеллерный тип ветродвигателей, который к тому же имеет более высокий коэффициент использования энергии ветра.

Несмотря на явные  преимущества, даже самая совершенная  ветровая электростанция имеет ряд  недостатков. Прежде всего они заключаются  в том, что ветер почти всегда дует неравномерно, создавая то большую, то меньшую мощность, из-за чего производимый ток имеет непостоянную мощность, причём периодически его подача и вовсе может прекращаться. В итоге любая ветроустановка работает на полную мощность только определенное время. Для компенсации подачи тока ветроустановки снабжают аккумуляторами, но это не слишком эффективно и довольно дорого. Помимо этого работа ветряков неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети. ветровая энергетическая установка мощностью 0,1 МВт может вызвать искажение телевизионных сигналов на расстоянии до 0,5 км. 
Другая неожиданная особенность ветровых установок проявилась в том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно действующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт.

Таким образом, ветроустановки не могут  сами по себе служить надежной основой  энергетики. Они, как правило, или  дополняют основные мощности, внося  определенный вклад в производство электроэнергии, или же являются источником энергии в отдаленных или изолированных местах, где трудно или невозможно обеспечить подачу электроэнергии обычным способом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Гелиоэнергетика.

Одним из наиболее перспективных источников энергии есть «чистый» и практически неисчерпаемый источник - излучения Солнца. Солнечная радиация - это основной источник энергии для всех процессов, происходящих в природе.

 

Солнце благодаря высокой  температуре плазмы, обусловленной  термоядерными реакциями, излучает в межпланетное пространство огромное количество тепловой энергии. Как считают специалисты, есть все основания надеяться, что благодаря прогрессу науки и техники солнечная энергия ближайшее время будет поставлена на службу человеку.

 

Земная поверхность  получает солнечной энергии в 14 -20 тыс. раз больше нынешнего уровня мирового энергопотребления.

 

Преимущества солнечной энергии  хорошо известны - это доступность, практическая неисчерпаемость, отсутствие влияния на окружающую среду. Однако известны и недостатки - низкая плотность  и прерывистость поступления  электроэнергии через смену дня и ночи.

 

Для размещения гелиоелектростанций  наиболее подходящими являются засушливые и пустынные зоны. При эффективном  преобразовании солнечной энергии  в электрическую, которое бы равнялось 10%, достаточно использовать всего 1% территории пустынных зон для размещения гелиоелектростанций, чтобы обеспечить современный уровень энергопотребления.

 

Примером может служить  солнечная электростанция мощностью 1000 кВт на острове Сицилия. 182 зеркала  станции фокусируют солнечные лучи на паровом котле, размещенном на высоте 55 метров. Вода превращается в пар, приводит в движение турбогенератор. Электроэнергия поступает в городскую систему электроснабжения. Станция оснащена системой накопления тепла, которая поддерживает работу генератора в облачную погоду в течение часа.

 

В последнее время  в мире отмечается усиление внимания к развитию гелиоэнергетики. Гелиоэнергетические  программы приняты более чем  в 70 странах мира. Даже Северная Европа, которая по количеству солнечных  дней и интенсивности солнечного света значительно уступает южным странам (Испании, Италии), активно ведёт разработки в этой области. Бурный рост солнечной энергетики подтверждается данными ООН, согласно которым в 2008 г. инвестиции в эту отрасль выросли по сравнению с предыдущим годом на 49 % до 33, 5 млрд дол.

 

Наиболее перспективным  является фотоэлектрический способ производства энергии, солнечные батареи  мобильны и долговечны, но в то же время традиционная кремниевая технология, на основе которой они изготавливаются, требует значительных материальных затрат. Причём изготовление кремниевых полупроводников не только недешёвый, но и довольно грязный с точки зрения экологии процесс.

 

Поэтому основные усилия в гелиоэнергетике  направлены как на получение новых  перспективных материалов, так и на поиск дешёвых технологий получения кремниевых наноструктур, способных сохранить уникальные фотоэлектрические свойства кристаллического кремния.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Альтернативная гидроэнергетика.

Основные направления  развития альтернативной гидроэнергетики связаны с использованием механической энергии приливов, волн, течений и тепловой энергии океана.

К альтернативной гидроэнергетике  могут относиться приливные и  волновые электростанции.

Приливная электростанция (ПЭС) - особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

 

Для получения энергии  залив или устье реки перекрывают  плотиной, в которой установлены  гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и  в режиме насоса (для перекачки  воды в водохранилище для последующей  работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующими электростанциями.