Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Апреля 2013 в 01:54, реферат
Актуальність досліджень альтернативних дерел енергії полягає в тому , що багато країн світу , у тому числі й країни Європи , мають величезний потенціал відновлюваних джерел енергії , який майже не використовується. Особливо це стосується країн , бідних на традиційні джерела енергії, а також територіально малих країн.
Напрями альтернативної енегетики:
1. вітроенергетика
2. геліоенергетика
3. фотоелектричні елементи
4. альтернативна гідроенергетика
Вступ
Зараз, як ніколи
раніш, гостро постало питання:
Рівень матеріальної, а відповідно і духовної культури людства прямо залежить від кількості енергії, що воно має. Для того щоб виготовити будь-яку річ нам потрібна енергія. Матеріальні потреби людства як і популяція людей постійно збільшуються, тому потреба у енергії збільшується геометрично. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу та ін.) кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану і торія, з якого можна отримувати в реакторах-розмножувачах плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива - водню, проте керовані термоядерні реакції поки не освоєні і невідомо, коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді, тобто без участі в цьому процесі реакторів ділення. Залишаються два шляхи: строга економія при витрачанні енергоресурсів і використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії.
Минулі роки виявилися виключно багатими на події у сфері альтернативної, не зв'язаної з використанням вуглеводневої сировини, енергетики. Це пов’язано з обмеженою кількістю корисних копалин (торфу , нафты та нафтопродуктів, природного газу, вугілля) , які використовуються у роботі традеційних джерел енергопостачання, та з величезною шкодою для навколишнього серидовища . Різкий стрибок цін на нафту в кінці 2007 — першій половині 2008 років змусив країни — споживачі вуглеводневих ресурсів серйозніше віднестися до необхідності перекладу своїх енергетичних систем на поновлювані альтернативні джерела енергії. Крім того, дослідження кліматологів все з більшою достовірністю стали свідчити про те, що глобальне потепління вимагає подальших досліджень але, на жаль, стало дуже очевидним фактом: другий рік підряд відкрився Північно-західний прохід — вільна від льоду морська дорога з Атлантики в Тихий океан уздовж північного побережжя Канади, який колись шукали герої Жюля Верна. Не менш очевидним фактом став і вклад людини у зміни клімату: останні дослідження викопного льоду показали, що концентрація вуглекислого газу в атмосфері в даний час досягла піку за останніх 800 тис. років.
З врахуванням цих проблем звернення до альтернативної енергетики виглядає повністю логічно: навіть притому, що зараз енергія, отримана з поновлюваних альтернативних джерел, в 2 - 5 разів дорожче отриманої за рахунок спалювання вуглеводнів, перспектива мати планету, що нагрівається і в політичному, і у фізичному сенсі, нарешті підштовхнула політиків, перш за все в ЄС, до серйозних рішень. А на виборах в США взагалі переміг кандидат, який пообіцяв за рахунок об'ємних вливань в «зелену» економіку ліквідовувати безробіття і вивести країну з економічної кризи.
Актуальність досліджень альтернативних дерел енергії полягає в тому , що багато країн світу , у тому числі й країни Європи , мають величезний потенціал відновлюваних джерел енергії , який майже не використовується. Особливо це стосується країн , бідних на традиційні джерела енергії, а також територіально малих країн.
Напрями альтернативної енегетики:
1. вітроенергетика
2. геліоенергетика
3. фотоелектричні елементи
4. альтернативна гідроенергетика
Вітроенергетика — галузь енергетики, що спеціалізується на перетворенні кінетичної енергії повітряних мас в атмосфері в електричну, механічну, теплову або в будь-яку іншу форму енергії, зручну для використання в народному господарстві. Таке перетворення може здійснюватися такими агрегатами, як вiтрогенератор (для здобуття електричної енергії), вітряний млин (для перетворення в механічну енергію), вітрило (для використання в транспорті) і іншими.
Енергію вітру відносять до поновлюваних видів енергії, оскільки вона є наслідком діяльності сонця. Вітроенергетика є галуззю, що бурхливо розвивається, так в кінці 2010 року загальна встановлена потужність всіх вiтрогенераторiв склала 196,6 гігават. У тому ж році кількість електричної енергії, виробленої всіма вiтрогенераторами світу, склала 430 тераватт (2,5 % всій виробленій людством електричній енергії). Деякі країни особливо інтенсивно розвивають вітроенергетику, зокрема, на 2009 рік в Данії за допомогою вiтрогенераторiв виробляється 20 % всiєї електрики, в Португалії — 16 %, у Ірландії — 14 %, в Іспанії — 13 % і в Нiмеччині — 8 %. У травні 2009 року 80 країн світу використовували вітроенергетику на комерційній основі.
Крупні вітряні електростанції включаються в загальну мережу, дрібніші використовуються для постачання електрикою вiддалених районів. На відміну від викопного палива, енергія вітру практично невичерпна, повсюдно доступна і більш екологічна. Проте, спорудження вітряних електростанцій зв'язане з деякими труднощами технічного і економічного характеру, що уповільнюють поширення вітроенергетики. Зокрема, непостійність вітрових потоків не створює проблем при невеликій пропорції вітроенергетики в загальному виробництві електроенергії, проте при зростанні цієї пропорції, зростають також і проблеми надійності виробництва електроенергії. Для вирішення подібних проблем використовується інтелектуальне управління розподілом електроенергії.
Вітряні млини використовувалися для помелу зерна в Персії вже в 200 роцi до н.е. Млини такого типа були поширені в ісламському світі в 13 столітті, якi були принесені до Європи хрестоносцями.
«Млини на козлах, так звані
німецькі млини, були до
Маса козлового млина була обмеженою у зв'язку з тим, що її доводилося повертати вручну. Тому була обмеженою і її продуктивність. Вдосконалені млини отримали назву шатрових. У XVI столітті в містах Європи починають будувати водонасосні станції з використанням гiдродвигуна і вітряного млина. Толеда — 1526 р., Глочестер — 1542 р., Лондон — 1582 р., Париж — 1608 р., та ін.
В Нідерландах багаточисельні вітряні млини відкачували воду із земель, захищених греблями. Відвойовані біля моря землі використовувалися в сільському господарстві. У посушливих областях Європи вітряні млини застосовувалися для зрошування полів. Вітряні млини, що виробляють електрику, були винайдені в 19 столітті в Данії. Там в 1890 роцi була побудована перша вiтроелектростанцiя, а до 1908-го року налічувалося вже 72 станції потужністю від 5 до 25 кВт. Найбільші з них мали висоту башти 24 метри і чотирилопатеві ротори діаметром 23 метри. Попередниця сучасних вiтроелектростанцiй з горизонтальною віссю мала потужність 100 кВт і була побудована в 1931 році в Ялті. Вона мала башту заввишки 30 метрів. До 1941-го року одинична потужність вiтроелектростанцiй досягла 1,25 МВт. У період з 1940-х по 1970-і роки вітроенергетика переживає період занепаду у зв'язку з інтенсивним розвитком передавальних і розподільних мереж, що давали незалежне від погоди енергопостачання за помірні гроші. Відродження інтересу до вітроенергетики почалося в 1980-х, коли в Каліфорнії почали надаватися податкові пільги для виробників електроенергії з вітру.
Потужність ветрогенератора залежить від площі, ометаємой лопатями генератора, і висоти над поверхнею. Наприклад, турбіни потужністю 3 МВт (V90) виробництва данської фірми Vestas мають загальну висоту 115 метрів, висоту башти 70 метрів і діаметр лопатей 90 метрів.
Повітряні потоки на поверхні Землі/моря є ламінарними — шари, що пролягають нижче, гальмують розташовані вище. Цей ефект помітний до висоти 1 км, але різко знижується вже на висотах більше 100 метрів. Висота розташування генератора вище за цей пограничний шар одночасно дозволяє збільшити діаметр лопатей і звільняє площі на землі для іншої діяльності. Сучасні генератори (2010 рік) вже вийшли на цей рубіж, і їх кількість різко зростає в світі. Вiтрогенератор починає виробляти струм при швидкостi вітру 3 м/с і відключається при швидкостi вітру більше 25 м/с. Максимальна потужність досягається при швидкостi вітру 15 м/с. Потужність, що віддається, пропорційна третій мірі швидкості вітру: при збільшенні вітру удвічі, від 5 м/с до 10 м/с, потужність збільшується у вісім разів.
Найбільшого поширення в світі набула конструкція вiтрогенератора з трьома лопатями і горизонтальною віссю обертання, хоча подекуди ще зустрічаються і дволопастні. Найбільш ефективною конструкцією для територій з малою швидкістю вітрових потоків визнані вiтрогенератори з вертикальною віссю обертання, т.з. роторні, або карусельного типа. Зараз все більше виробників переходять на виробництво таких установок, оскільки далеко не всі споживачі живуть на побережжі, а швидкість континентальних вітрів зазвичай знаходиться в діапазоні від 3 до 12 м/с. У такому вiтрорежимi ефективність вертикальної установки набагато вища. Варто відзначити, що у вертикальних вiтрогенераторiв є ще декілька істотних переваг: вони практично безшумні, і не вимагають абсолютно жодного обслуговування, при терміні служби більше 20 років! Системи гальмування, розроблені останніми роками, гарантує стабільну роботу навіть при періодичних шквальних поривах до 60 м/с.
Найбільш перспективними місцями для виробництва енергії з вітру вважаються прибережні зони, але вартість інвестицій в порівнянні з сушею вище в 1,5 — 2 рази. У морі, на відстані 10—12 км. від берега (а інколи і далі), будуються офшорні вітряні електростанції. Башти вiтрогенераторiв встановлюють на фундаменти з паль, забитих на глибину до 30 метрів.
Можуть використовуватися і
5 червня 2009 року компанії Siemens AG і норвезькі Statoil оголосили про установку першої в світі комерційної плаваючої вiтроенергетичної турбіни потужністю 2,3 МВт, виробництва Siemens Renewable Energy.
У 2010 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли у всьому світі до 196,6 ГВт. У всьому світі в 2008 році в індустрії вітроенергетики було зайнято більше 400 тисяч чоловік. У 2008 році світовий ринок устаткування для вітроенергетики виріс до 36,5 мільярдів євро, або близько 46,8 мільярдів американських доларів.
У 2010 році в Європі було
У 2007 році вітряні електростанції Німеччини виробили 6,2 % від всієї виробленої в Німеччинні електроенергії. У 2009 році 19,3 % електроенергії в Данії вироблялося з енергії вітру . У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3 % сумарного вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про поновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужнiсть вітроенергетики досягне 80-100 ГВт. Португалія і Іспанія в деякі дні 2007 року з енергії вітру виробили близько 20 % електроенергії . 22 березня 2008 року в Іспанії з енергії вітру було вироблено 40,8 % всiєї електроенергії країни.
В Україні діють сім вітроелектростанцій (ВАГА), оснащених власними вітроагрегатами. В 1998-1999 роках стали до ладу три нові ВАГА, вартість електроенергії на яких нижча, ніж на збудованих раніше. Процес будівніцтва української вітроенергетики почався в 1996 році, коли була запроектована Новоазовська ВЕС проектною потужністю 50 МВт. В 2000 році працювало 134 турбіні з 3500 запроектованих та закладено близько 100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт кожна. Фактична потужність станції при штаті 34 працівника – 14,5 МВт. Приблизно такий же штат співробітників буде на ВАГУ, коли вона досягне проектної потужності. Від 2009 р. вітроелектростанції в Україні отримали право на використання зеленого тарифу.Основна частина вартості вiтроенергiї визначається первинними витратами на будівництво споруджень ВЕУ (вартість 1 кВт встановленій потужності ВЕУ ~$1000).
Вітряні генератори в процесі експлуатації не споживають викопного палива. Робота ветрогенератора потужністю 1 МВт за 20 років дозволяє заощадити приблизно 29 тис. тонн вугілля або 92 тис. баррелів нафти. Ветрогенератор потужністю 1 МВт скорочує щорічні викиди в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн So2, 4 тонн оксидів азоту . По оцінках Global Wind Energy Council до 2050 року світова вітроенергетика дозволить скоротити щорічні викиди СО2 на 1,5 мільярда тонн .
Вiтрогенератори вилучають частину кінетичної енергії рухомих повітряних мас, що призводить до зниження швидкості їх руху. При масовому використанні вітряків (наприклад в Європі) це уповільнення теоретично може робити помітний вплив на локальні (і навіть глобальні) кліматичні умови місцевості. Зокрема, зниження середньої швидкості вітрів здатне зробити клімат регіону ледве більш континентальним за рахунок того, що повільно рухомі повітряні маси встигають сильніше нагріватися влітку і охолоджуватися взимку. Також відбір енергії у вітру може сприяти зміні режиму вологості прилеглій території. Втім, учені доки лише розвертають дослідження в цій області, наукові роботи, що аналізують ці аспекти, не дають кількісну оцінку дії широкомасштабної вітряної енергетики на клімат, проте дозволяють укласти, що воно може не настільки нехтувати малим, як вважали раніше.
2. Сонячна енергетика
Сонячна енергетика — напрям нетрадиційної енергетики, заснованої на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для здобуття енергії в якому-небудь вигляді. Сонячна енергетика використовує невичерпне джерело енергії і є екологічно чистою, тобто що не виробляє шкідливих відходів. Виробництво енергії за допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцією розподіленого виробництва енергії.