Возобновляемые источники энергии

 

Содержание:

 

1. Введение…………………………………………………………….…..2

2. Основная часть……….……………………………………………..…..3

2.1. Энергосбережение…..…………………………………………...……3

2.2. Возобновляемые источники энергии………………………………..4

2.2.1. Энергия солнца…………………………….…………………….….5

2.2.2. Энергия ветра….…………………………..………………………...6

2.2.3. Энергия воды….………………………….................................…….8

2.2.4. Геотермальная энергия……………………………………………...9

2.2.5. Энергия биомассы….……………………...………………………...10

2.3. Атомная энергия……………………………………………………….11

2.4.  Термоядерная энергия………………………...……………………..12

3.Заключение…………...……………………………………..………….....15

4. Список литературы…..………………………………………………..…16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение 

Современное общество зависит  от электроэнергии, являющейся главным  видом доступной энергии, а большая  часть электроэнергии производится с использованием невозобновляемых ресурсов. Электричество используется в быту и на производстве для освещения  и отопления, а также в технологических  процессах. Энергетические ресурсы  — это любые источники механической, химической и физической энергии. Их можно классифицировать по источникам и местоположению, скорости исчерпания, возможности самовосстановления и  другим признакам.

Мировое потребление энергии  неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в  величинах нефтяного эквивалента  возросло с 5 до 8,8 млрд т. По прогнозам  Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2020 г. может увеличиться еще на 75%. Доминирующим источником энергии по-прежнему остается ископаемое топливо.

Доступные запасы нефти и  газа примерно на два порядка превышают  их современное годовое извлечение, запасы угля - на три порядка. Другими  словами, сравнивая цифры, относящиеся  к оценке разведанных запасов  наиболее доступных видов топлива, с цифрами их современного потребления, можно назвать максимальное время, на которое этих запасов может  хватить. Для подвижной нефти - это 65 лет, для газа - 44 года, для угля - 320 лет. Учитывая, что потребление  продолжает расти, реальные значения должны быть заметно меньше.

Для решения энергетической проблемы техническими средствами специалисты  предлагают два противоположных  сценария: развитие новой техники  производства энергии и развитие техники экономии энергии.

 

 

 

 

 

2. Основная часть. 

  2.1. Энергосбережение

Устойчивое развитие экономики  зависит от сокращения отходов производств  и жизнедеятельности. По оценкам  специалистов, их можно легко уменьшить - в промышленности более, чем на 1/3 за счет перестройки производственных процессов.

Политика энергосбережения является выгодной и с экономической, и с природоохранной точек  зрения. Ведь чем меньше сжигается  топлива, тем меньше загрязнение  среды. К тому же экономия, полученная при отказе от строительства новых  электростанций, облегчит финансирование установки скрубберов и других очистных сооружений на уже действующих объектах.

Существует ряд предложений, призванных экономить энергию:

• Аккумулирование энергии. Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.
• Передача электроэнергии. Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см.
• Водород как теплоноситель. Водород – это легкий газ, но он превращается в жидкость при -253° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.
• Магнитогидродинамика (МГД). Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД.

2.2. Возобновляемые источники энергии

Выделяют четыре направления  энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная  энергетика; возобновляемые источники  энергии (ВИЭ).

Получение электричества  за счет сжигания ископаемого топлива  сопровождается появлением большого количества загрязняющих веществ, в том числе  твердых частиц, окислов серы и  окислов азота. Тепловое загрязнение  влияет на репродуктивные способности  организмов, на их способность добывать пищу, сопротивляться болезням и избегать хищников. Повышенные температуры способны изменить структуру водных сообществ  в сторону их упрощения. Тепловые электростанции, расположенные вблизи природных теплых вод, наносят, по всей вероятности, наибольший ущерб природе.

Использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает  самые серьезные экономические  и экологические проблемы, но все  же человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы. Не потому, что они меньше (они намного  больше), а потому, что их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована  и плохо поддается контролю.

Мировая энергетическая система, основанная на высокоэффективном использовании  возобновляемых источников энергии, должна быть не только менее централизованной, но и менее уязвимой при различных  экономических потрясениях. По прогнозу к 2020 г. эти источники заменят около 2,5 млрд. т топлива, их доля в производстве электроэнергии и теплоты составит 8%.

В России накоплен определенный опыт в области нетрадиционной энергетики. Уже разработаны проекты и  осуществляется строительство геотермальных  электростанций, мощность которых составит к 2000 г. 250 мегаватт, а ветроустановок - 200 мегаватт. Многие российские установки не имеют аналогов в мировой практике. В первую очередь, это ветроустановки с повышенным сроком службы, применением специальных зеркал и комплексное оборудование для геотермальных электростанций. Выдвигается проект создания Международного центра по возобновляемым источникам энергии. Основные функции предполагаемого Центра: научные исследования, проектные разработки, содействие распространению передовых технологий.

2.2.1. Энергия солнца

Солнце — источник энергии очень  большой мощности. 22 дня солнечного сияния по суммарной мощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического  топлива на Земле. Проблема в том, как использовать солнечную энергию  в производственных и бытовых  целях. На практике солнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственно или косвенно.

Прямое преобразование солнечной  энергии в электрическую может  быть осуществлено с использованием фотоэлектрического эффекта (см. рис. 1). Элементы, изготовленные из специального полупроводникового материала, например силикона, при прямом солнечном облучении  обнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т. е. наличие электрического тока. Преимущество этой системы —  в равной эффективности независимо от того, используется ли она в малых  элементах — для электроснабжения камеры или в крупных комплексах — для больших зданий. В то же время они дороги, малоэффективны и нуждаются в системе аккумуляторов (обычно батарей) для обеспечения непрерывного энергоснабжения ночью и в пасмурные дни.

Стоимость солнечных батарей  быстро уменьшается (в 1970г. 1 кВт-ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью стоил 60 долл., в 1980 г - 1 долл., сейчас — 20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет на 25 % в год, ежегодный объем их продажи превышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей достигавший в середине 70-х годов в лабораторных условиях 18% составляет в настоящее время 28,5 % для элементов из кристаллического кремния и 35 % - из двухслойных пластин из арсенида галлия и антимода галлия. Разработаны многообещающие элементы из тонкопленочных (толщиной 1-2 мкм) полупроводниковых материалов: хотя их КПД низок (не выше 16 % даже в лабораторных условиях), стоимость очень мала (не более 10% от стоимости современных солнечных батарей).

Энергия солнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, поскольку фотоэлектрические установки  не оказывают воздействия на природную  среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде. Их можно  монтировать в отдаленных или  засушливых районах, мощность таких  установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средств  связи и измерительных приборов до многих мегаватт (площадь несколько  миллионов квадратных метров).

2.2.2. Энергия ветра

Ветры дуют везде, они могут  дуть и летом, и зимой, и днем, и  ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным  излучением.

Энергия ветра - это косвенная  форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур в атмосфере  земли. В 80-е гг. стоимость 1 кВт*ч  ветровой энергии была снижена на 70% и теперь составляет 6 - 8 центов, что  делает ее конкурентоспособной по отношению  к энергии, получаемой на новых тепловых электростанциях, сжигающих уголь. Специалисты уверены, что ветряные турбины скоро будут усовершенствованы и станут эффективными.

Первая в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт  была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском  по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкина. Через год в  Крыму была построена более крупная  ВЭС мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной  ВЭС в мире. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра  в механическую работу, в подавляющем  большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению  ветра. Намного реже применяются  устройства с вертикальным валом.

Кинетическая энергия, переносимая  потоком ветра в единицу времени  через площадь в 1 м² (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости ветра. Ветровое колесо, размещенное в свободном потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27=0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, ометаемого ветровым колесом. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор  будет работать неравномерно, отдавая  то большую, то меньшую мощность, ток  будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет  наибольшей. итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности либо малую часть времени, а в остальное  время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.

Значительные успехи в  создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок  по 100-200 кВт. Во Франции, Дании и в  некоторых других странах были введены  в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт.

Если рассматривать ветряки  с точки зрения экологии и безопасности, то совершенно ясно, что даже к одному работающему ветряку близко подходить  не желательно, и притом с любой  стороны, так как при изменениях направления ветра направление  оси ротора тоже изменяется. Для  размещения же сотен, тысяч и тем  более миллионов ветряков потребовались  бы обширные площади в сотни тысяч  гектаров. Минимальное расстояние между  ветряками должно быть не менее их утроенной высоты.

При этом необходимо иметь  в виду, что уже ничего другого  на этой площади делать будет нельзя. Работающие ветродвигатели создают  значительный шум, и что особенно плохо — генерируют неслышимые ухом, но вредно действующие на людей инфразвуковые  колебания с частотами ниже 16 Гц. Кроме этого, ветряки распугивают  птиц и зверей, нарушая их естественный образ жизни. Поэтому было выдвинуто  предложение о размещении систем ветряков в открытом море.

3. Энергия воды

Гидроэнергетика дает почти  треть электроэнергии, используемой во всем мире. Существуют два основных метода преобразования энергии воды в электроэнергию.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная  энергия воды, накапливаемой с  помощью плотин. У основания плотины  расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов  электрического тока. Существуют очень  крупные ГЭС. Широко известны две  большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая  крупная ГЭС в США – Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт.