Альтернативные источники энергии

Под нетрадиционными (альтернативными или возобновляемыми) топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) понимают энергетические ресурсы  рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, биомассы, сточных  вод и твердых бытовых отходов. Энергообъекты, использующие альтернативные ТЭР для получения тепловой, механической и электрической энергии, называют альтернативными источниками энергии. Альтернативные источники энергии зачастую не требуют транспортирования, удобны для локального энергоснабжения небольших удаленных объектов, что особенно важно для агропромышленных комплексов (АПК).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Традиционные виды  энергетики

К  традиционным  видам  энергетики  относятся  тепловые  электростанции ( ТЭС ) и атомные электростанции ( АЭС )

 

Тепловые  электростанции (ТЭС) вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании органического топлива (угля, нефти, газа). Невосполнимость этих природных ресурсов заставляет задуматься о рациональном их применении и замене более дешевыми способами получения электроэнергии.

Достоинства	Недостатки
1) КПД≈18%	1) Большие затраты на добычу и транспортировку топлива.
2) строительство обходится  не очень дорого.	2) Электростанции,  работающие  на угле – основной источник  поступления в среду обитания  человека  долгоживущих изотопов  ( радионуклидов ).
3) Излишки тепла идут  на  обогрев жилищ ( Теплоэлектроцентрали )	3) Природное органическое  топливо 1.5-4.5%  серы.

 

 

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия используется для получения электрической. Генератором энергии здесь является атомный реактор. Тепло, выделяемое в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, преобразуется в электроэнергию. АЭС работают на ядерном горючем (уран, плутоний и др.), мировые запасы которого значительно превышают запасы органического топлива.

Достоинства	Недостатки
1) для работы АЭС требуются  небольшое кол-во топлива ( Энергия, заключённая в 1г. урана= энергии, выделяющейся при сгорании 2.5 т. нефти.)          эксплутация АЭС обходится дешевле, чем ТЕС.	1) В  настоящее  время  квалифицированная критика ядерной  энергетики концентрируется вокруг  трёх  её принципиальных проблем:  содействие распространению ядерного  оружия,  радиоактивные отходы  и возможность аварий.

Примеры традиционных электростанций в Беларуси:

Лукомльская ГРЭС, Берёзовская ГРЭС, Минская ТЭЦ-4,Новополоцкая ТЭЦ, Витебская ТЭЦ, Брестская ТЭЦ, Белорусская ГРЭС и тд.

Белорусская АЭС — проект типа АЭС-2006 по строительству АЭС в Белоруссии в 18 километрах от городского посёлкаОстровец (Гродненская область). 

 

Нетрадиционные виды энергетики

К нетрадиционным видам энергетики относятся ветроэнергетика,  гелиоэнергетика, гидроэнергетика, геотермальная энергетика, космическая энергетика, водородная энергетика, биотопливо, квантовая энергетика

 

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве.

Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца.

Достоинства	Недостатки
1) отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей	1) низкая плотность энергии, приходящейся на единицy площади ветрового колеса
2) возможность преобразования в различные виды энергии (механическую, тепловую, элекрическую)	2)непредсказуемые изменения скорости ветра в течение суток и сезона, требующие резервирования ветровой станции или аккумулирования произведенной энергии
	3)отрицательное влияние на:
	а) среду обитания человека и животных.
	б) на телевизионную связь
	в)пути сезонной миграции птиц

 

Гелиоэнергетика

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Достоинства	Недостатки
1) Общедоступность и неисчерпаемость источника.	1) Зависимость от погоды и времени суток
2) Теоретически, полная безопасность для окружающей среды	2) Как следствие необходимость аккумуляции энергии.
	3) При промышленном производстве -- необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности
	4) Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
	5) Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.
	6) Нагрев атмосферы над электростанцией.

• Солнечный водонагреватель

Солнечный водонагреватель — разновидность солнечного коллектора. Предназначен для производства горячей воды путём поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепло, аккумуляции и передачи потребителю.

• Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления  помещений.

• Фотоэлектрические элементы

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

 

 

Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию.

Достоинства	Недостатки
1) КПД≈30%	1) Неблагоприятные экологические  последствия:
2) Затраты на  строительство  не  велики по  сравнению с  нетрадиционным	а)  Отчуждение  больших  территории  земли на строительство  водохранилищ и образование вследствие этого  болот.
3) Возобновляемый источник  энергии.	б) Гибель  нерестовых рыб  в результате  перекрытия рек.
	в)смена русла рек
	г)затопляются долины рек

 

Приливная энергетика использует для производства электроэнергии энергию прилива и отлива Мирового океана. Основными недостатками такого способа производства электроэнергии являются неравномерность выработки электроэнергии во времени и необходимость сооружения дорогостоящих плотин и резервуаров для воды. 

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

Достоинства	Недостатки
1) практическая неиссякаемость	1) являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений
2) полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года	2) наличие токсичных соединений и металлов
3) возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины

 

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

 

Космическая энергетика — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на Луне или земной орбите.

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

 

Водородная  энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водородав качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики.

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

 

Биотопливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

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

 

 

Существуют несколько  причин, указывающих на необходимость  скорейшего перехода на производство альтернативных источников энергии. Всем известно, что традиционные энергодобывающие технологии ведут к глобальному изменению климата. Альтернативные источники энергии направлены на разрешение  глобально – экологических проблем.

Вторая причина  – политическая, заключается в  том, что страна, первая освоившая  альтернативные источники энергии, займет мировое первенство и станет диктовать цены на топливо.

Стоимость альтернативных источников энергии значительно  ниже стоимости традиционных источников, причем строительство альтернативных станций окупается быстрее. Альтернативные источники энергии позволят сэкономить топливные ресурсы страны для  использования их в других промышленностях, поэтому здесь решается экономическая  причина.

Не следует  забывать о социальной причине, так  как плотность населения постоянно  растет, а мест для строительства  АЭС и ГРЭС немного. В районах, где расположены крупные АЭС  и ГРЕС увеличилось число онкологических  заболеваний. Альтернативные источники энергии помогут сохранить здоровье и жизнь многим людям.

 

Примеры нетрадиционных электростанций в Беларуси:     

Лохозвинская ГЭС, Гомельская ГЭС, Лепельская ГЭС, Осиповичская ГЭС, ГЭС на р. Щара, Новоселковская ГЭС и тд. 

ВЭУ мощностью 1,5 МВт в п. Грабники (гродненская обл.)

Немоновская МГЭС, Лукомльская МГЭС, Браславская МГЭС, Яновская МГЭС и тд.

 

Основной особенностью возобновляемых источников энергии  является то, что воспроизводство  их энергетического потенциала происходит быстрее, чем расходование. Установки, работающие на возобновляемых источниках, оказывают гораздо меньшее воздействие  на окружающую среду, чем традиционные потоки энергии. Государственная программа  Республики Беларусь на период до 2020 г. предусматривает использование нетрадиционных источников энергии в нарастающих масштабах. С учетом природных условий республики предпочтение отдается малым гидроэлектростанциям, ветро- и биоэнергетическим установкам, установкам для сжигания отходов растениеводства и бытовых отходов, гелиоводоподогревателям. В Государственной программе потенциал экономии традиционных (ископаемых) ТЭР за счет использования альтернативных источников энергии к 2020 г. оценивается примерно в 5 млн. т у. т. (более 15 % от всех ТЭР). В отличие от многих других мероприятий использование альтернативных ТЭР дает реальную, легко учитываемую экономию топлива и социальный эффект.