Энергетика — важнейшая отрасль, необходимая обществу для полноценного развития и охватывающая разные сферы жизни человечества. Мы используем энергию в повседневной жизни, когда включаем свет, заряжаем телефон и т.д. Сегодня человечество удовлетворяет свои потребности в энергии, главным образом сжигая нефть, газ и уголь. Однако легкодоступные и дешёвые их запасы ограничены: с учётом роста потребления энергии они могут быть в значительной мере исчерпаны уже в ближайшем будущем. Но задумывались вы, что делать, если они иссякнут?
Чтобы не лишиться энергетики, мы должны искать альтернативные источники и модернизировать уже существующие. Поискам альтернативных источников энергии заняты учёные многих развитых стран.
В своей работе, проанализировав дополнительные источники информации, я постараюсь доступно рассказать об основных принципах работы электростанций, об их минусах и плюсах и предположить какие электростанции будет использовать человечество в будущем.
Актуальность выбранной темы:
- Запасы топливных ресурсов (уголь, нефть, газ) сокращаются и приближаются к полному исчерпанию;
- Энергопотребление стран (в том числе и России возрастает;
- Современные способы производства энергии наносят непоправимый ущерб природе и человеку;
- Необходимо принимать срочные меры по предотвращению всемирной экологической катастрофы — загрязнение окружающей среды;
Общее понятие энергетики
Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:
- получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
- передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
- преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
- передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.
Электроэнергетика — составная часть энергетики, задача которой — выработка электроэнергии на электростанциях и передача ее потребителям по линиям электропередач. Эта единственная отрасль промышленности, продукцию которой нельзя хранить, нельзя «запасать впрок».
Альтернативные источники энергии
... энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. ... ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу. Причем если топливом служит уголь, ... Энергия волн Идея получения электроэнергии ...
Основные типы электростанций: тепловые, гидравлические, атомные. Они являются традиционными.
1. Анализ традиционной энергетики
Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.
1.1 Теплоэнергетика. Преимущества и недостатки
Теплоэнергетика является одной из основных составляющих энергетики и включает в себя процесс производства тепловой энергии, транспортировки, рассматривает основные условия производства энергии и побочные влияния отрасли на окружающую среду, организм человека и животных. теплоэнергетика человечество ядерный
Процесс производства тепловой энергии осуществляется на тепловых электрических станциях (ТЭС) и тепловых электрических централях(ТЭЦ).
Эти два вида предприятий на данный момент являются основными поставщиками тепловой, а также электрической энергии, поскольку эти виды энергоресурсов очень тесно связаны. В настоящее время широкое применение находит способ поместная система снабжения тепловой энергией, которая применяется как на крупных промышленных предприятиях, так и для отопления жилых площадей.
В соответствии с установившейся терминологией, теплоэнергетика включает в себя получение, переработку, преобразование, хранение и использование энергоресурсов и энергоносителей всех типов.
Согласно определению, теплоэнергетика обладает развитыми внешними и внутренними связями и её развитие неотделимо от всех направлений жизнедеятельности человека, связанных с использованием энергии (в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и в быту).
Развитие теплоэнергетики характеризуется ускорением темпов роста, изменением всех количественных показателей и структуры топливно-энергетического баланса, глобальным охватом всех видов ресурсов органического топлива, вовлечением в сферу использованием ядерного горючего.
В общем случае различаются четыре основные стадии трансформации первичных тепловых ресурсов (от их природного состояния , находящегося в динамическом равновесии с окружающей средой, до конечного использования).
1. Извлечение, добыча или прямое использование первичных природных ресурсов тепловой энергии.
2. Переработка (облагораживание) первичных ресурсов до состояния, пригодного для преобразования или использования.
3. Преобразование связанной энергии переработанных ресурсов в тепловую энергию на тепловых станциях (ТЭС), централях (ТЭЦ), на котельных.
Преимущества:
ь относительная дешевизна производства;
- ь возможность быстрого сооружения станций;
- ь достаточные, на сегодняшний день, запасы топлива;
Недостатки:
Рациональное использование ресурсов России
... происходящих на планете. Цель работы: исследование деятельности по охране окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в нашей стране. Данная цель и предопределила постановку задач данного исследования: ... соответствует их поголовью 1750 г.), почти в 3 раза - свиней (1936 г.). Производство мяса уменьшилось в 5 раз, молока - в 3 раза. Численность населения в ...
ь ограниченность ресурсов;
- ь неэкологичность, большое количество отходов и вредных выбросов;
- ь большие потери энергии топлива при её выработке;
- ь необходимость транспортировки топлива;
- ь ущерб природе и экологии при добыче топлива;
1.2 Гидроэнергетика. Преимущества и недостатки
Гидроэнергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергию водного потока в электрическую энергию.
Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую происходит на гидроэлектростанциях. Поддержание постоянного напора осуществляется с помощью платины, которая образует водохранилище, служащее аккумулятором гидроэнергии. В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины.
Гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.
Все это связано со значительными затратами, и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС. Вместе с тем удельная стоимость электроэнергии, генерируемой ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии, производимой другими источниками. Как правило, срок окупаемости малых ГЭС не превышает 10 лет. Для преобразования энергии воды в механическую работу используются гидротурбины
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
Преимущества :
ь использование возобновляемой энергии;
- ь очень дешевая электроэнергия;
- ь быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.
Недостатки :
ь затопление пахотных земель под водохранилища;
- ь строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды;
- ь возможность повышения сейсмической активности;
— ь сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек. Как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, сокращение потока биогенных веществ в океаны.
ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ У АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ?
... возможность использования нетрадиционных источников энергии в Чемальском районе. Прошедший семинар можно назвать смотром региональных разработок по малой и альтернативной энергетике. На семинаре присутствовали ... небольшие. Отсюда вывод: способность альтернативной энергетики покрыть всевозрастающие потребности населения Земли в электроэнергии - утопия. Что же ответят экологи на этот вопрос? Для ...
1.3 Ядерная энергетика. Преимущества и недостатки
Ядерная энергетика, также называемая атомной энергетикой, — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов и «атомных» танков.
Атомная энергетика остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники атомной энергетики резко расходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия.
Преимущества:
ь компактность топлива;
- ь отсутствие выбросов углекислого газа;
- ь легкость транспортировки топлива;
- ь достаточные запасы топлива.
Недостатки :
- ь возможность катастрофических аварий;
- ь ионизирующее облучение;
- ь выброс радиоактивных элементов;
- ь проблема захоронения отходов;
- ь большие затраты на сооружение станций;
- ь энергия АЭС дороже, чем ТЭС.
Очевидно, что эти типы электростанции отрицательно воздействуют на окружающую среду.
2. Анализ альтернативной энергетики
Ученые предостерегают: разведанных запасов органического топлива при нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 70-130 лет. Именно такие умозаключения лишний раз подтверждают необходимость скорейшего перехода к альтернативным источникам электроэнергии.
Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.
Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменением климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.
Энергетика Кузбасса
... часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями: тепловыми (ТЭС), гидравлическими (ГЭС), атомными (АЭС). Электростанции, объединё ... на период 2011--2015 гг. Кузнецкая ТЭЦ -- предприятие энергетики Новокузнецка, Кузбасский филиал ОАО «Кузбассэнерго». Кузнецкая ТЭЦ обеспечивает Кузнецкий, Центральный, Орджоникидзевский районы Новокузнецка и промышленные предприятия тепловой энергией. ...
Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ:
ь Глобально-экологический : сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т. ч. ядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.
ь Политический : та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
ь Экономический : переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную же постоянно растут;
ь Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, — всё это увеличивает социальную напряженность.
ь Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Основные виды «нетрадиционной» энергии, перерабатываемой в электрическую: солнечная, ветровая, геотермальная, водородная и другие.
2.1 Ветроэнергетика
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.
Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %,[4], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.
Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.
Законы сохранения энергии в макроскопических процессах
... и т. д. Закон сохранения энергии — закон, управляющий всеми явлениями природы, исключений из него науке неизвестно. 1. Законы сохранения энергии как отражение симметрии в пространственно-временном континууме природы ... энергией. Весной все вокруг зеленеет и расцветает, и это тоже следствие того, что растения потребляют солнечную энергию. Все живое вокруг обязательно должно потреблять энергию, ...
Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток. Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.
Преимущества:
- ь запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты;
- ь при процессе получения электроэнергии не выделяются радиоактивные отходы;
- ь ветровые станции — экологически чистые, надежные и безопасные.
Недостатки:
- ь непостоянство воздушных масс;
- ь ветровая станция занимает большую территорию;
- ь дорогое строительство станций;
- По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн.
2.2 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.
Солнечная энергия — это кинетическая энергия излучения, образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку её запасы практически неистощимы, ее относят к возобновляемым энергоресурсам, но при всех своих достоинствах и самая дорогая. Именно поэтому солнечные электростанции не так распространены, как электростанции других видов.
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения.
1.Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
2.Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение, и использование тепла.
Человек, общество и освоение новых видов энергии
... на лёгкой воде Реакторы на тяжёлой воде Реакторы на быстрых нейтронах Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов Термоядерные реакторы По виду отпускаемой энергии Атомные электростанции (АЭС), ... Потом настала эра тепловых и гидроэлектростанций. Электричество стало на службе человека. И казалось, что проблема энергетики решена на века! Но через несколько десятилетий ...
3.«Солнечный парус» может в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию.
4.Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергию в энергию воздушного потока).
5.Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата).
Солнечный модуль — это батарея взаимосвязанных солнечных элементов, заключенных под стеклянной крышкой. Чем интенсивнее свет, падающий на фотоэлементы и чем больше их площадь, тем больше вырабатывается электричества и тем больше сила тока. Модули классифицируются по пиковой мощности в ваттах (Втп).
Ватт — единица измерения мощности. Один пиковый ватт — техническая характеристика, которая указывает на значение мощности установки в определенных условиях, т.е. когда солнечное излучение в 1 кВт/м2 падает на элемент при температуре 25°С. Такая интенсивность достигается при хороших погодных условиях и Солнце в зените. Чтобы выработать один пиковый ватт, нужен один элемент размером 10×10 см. Более крупные модули, площадью 1м х 40см, вырабатывают около 40-50 Втп. Однако солнечная освещенность редко достигает величины 1 кВт/м . Более того, на солнце модуль нагревается значительно выше номинальной температуры. Оба эти фактора снижают производительность модуля. В типичных условиях средняя производительность составляет около 6 Вт-ч в день и 2000 Вт-ч в год на 1 Втп. 5 ватт-час — это количество энергии, потребляемое 50-ваттной лампочкой в течение 6 минут (50 Вт х 0,1 ч = 5 Вт-ч) или портативным радиоприемником в течение часа (5 Вт х 1 ч = 5 Вт-ч).
Хотя качество продукции не всегда одинаково, большинство международных компаний производят достаточно надежные фотоэлектрические модули со сроком эксплуатации до 20 лет. На сегодняшний день производители модулей гарантируют указанную мощность на период до 10 лет.
На острове Сицилия недалеко от известного своим неспокойным характером вулкана Этна еще в начале 80-х годов дала ток солнечная электростанции мощностью 1 МВт. Принцип ее работы — башенный. Зеркала фокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на высоте 50 м. Та м вырабатывается пар с температурой более 500°С, который приводит в действие традиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. При переменной облачности недостаток солнечной энергии компенсируется паровым аккумулятором. Неоспоримо доказано, что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10-20 МВт, а также и гораздо больше, если группировать подобные модули, присоединяя их друг к другу.
Несколько иного типа электростанция в Альмерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот (как в атомных реакторах на быстрых нейтронах), а тот уже нагревает воду до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевый аккумулятор тепла обеспечивает на только непрерывную работу электростанции, но дает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурную погоду и ночью. Мощность испанской станции всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть созданы куда более крупные — до 300 МВт. В установках подобного типа концентрация солнечной энергии настолько высока, что КПД паротурбинного процесса ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях.
Великая тайна воды
... воды я опираюсь на разные источники литературы . Очень интересными теоретическими источниками для исследования, по вопросу изучению скрытых свойств воды стали : Масару Эмото, Владимир Леонидович Воейков ,С.В. Зенин. «Великая тайна воды». ... «одушевленная» вода. 1.2 Изучение работ С. В. Зенина На тему “Память воды”- защищена ... энергетике воды и её необычных свойствах. Сейчас человечество находится на ...
Такой принцип работы заложен еще в одном варианте солнечной электростанции, разработанном в Германии. Ее мощность тоже невелика — 20 МВт. Подвижные зеркала по 40м2 каждое, управляемые микропроцессором, располагаются вокруг 200-метровой башни. Они фокусируют солнечный свет на нагреватель, где помещается сжатый воздух. Он нагревается до 800°С и приводит в действие две газовые турбины. Затем теплом этого же отработавшего воздуха нагревается вода, и в действие вступает уже паровая турбина. Получаются как бы две ступени выработки электричества. В результате КПД станции поднят до 18%, что существенно больше, чем у других гелиоустановок.
А в бывшем СССР недалеко от Керчи сооружена станция мощностью в 5МВт. Вокруг башни концентрическими зеркалами размещены 1600 зеркал, направляющих солнечные лучи на паровой котел, который венчает 70-метровую башню. Зеркала площадью 25м каждое с помощью автоматики и электроприводов следят за Солнцем и отражают солнечную энергию точно на поверхность котла, обеспечивая ее плотностью потока в 150 раз большую, чем Солнце на поверхности Земли. В котле при давлении 40 атмосфер генерируется пар с температурой 250°С, поступающий на паровую турбину. В специальных емкостях-аккумуляторах под давлением содержится вода, накапливающая тепло для работы по ночам и в пасмурную погоду. Благодаря этим аккумуляторам станция может работать еще 3-4 часа после захода Солнца, а на половинной мощности — около полусуток.
Солнечная энергия используется также в небольших автомобилях на солнечных батареях, на космических станциях и спутниках.
Идет работа, идут оценки. Пока они, надо признать, не в пользу солнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще относятся к наиболее сложным и самым дорогостоящим техническим методам получения гелиоэнергии. Но может создаться такое положение в мире, когда относительная дороговизна солнечной энергии будет не самым большим ее недостатком. Речь идет о «тепловом загрязнении» планеты вследствие гигантского масштаба потреблении энергии. Необратимые последствия, утверждают ученые, наступят, если потребление энергии превысит сегодняшний уровень в сто раз. Упускать этого из виду никак нельзя. Вывод же ученых таков: на определенном этапе развития цивилизации крупномасштабное использование экологически чистой солнечной энергии становится полностью необходимым. Но это не значит, что у гелиоэнергетики нет противников. Вот их резоны: из-за низкой плотности солнечного излучения установка аппаратуры для его улавливания приведет к изъятию из землепользования огромных полезных площадей, не считая крайней дороговизны оборудования и материалов.
Пока же предстоит еще долгий путь, прежде чем удастся вырабатывать из солнечных лучей электроэнергию, сравнимую по стоимости с производимой за счет сжигания традиционного ископаемого топлива. Разумеется, нереально в таких условиях рассчитывать хотя бы в обозримом будущем перевести всю энергетику на гелиотехнику. Пока ее удел — набирать мощности и снижать стоимость своего киловатт-часа. При этом не стоит забывать, что с точки зрения экологии солнечная энергия действительно идеальна, поскольку не нарушает равновесия в природе.
Преимущества:
- ь значительная мощность;
- ь срок службы фотопреобразователей составляет десятки лет;
- ь несложная эксплуатация;
- ь постоянно повышается КПД;
- ь общедоступность и неисчерпаемость источника;
— ь теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
Альтернативные источники энергии (2)
... Вода была первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке ... экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Они дают довольно много энергии, тем более ...
Недостатки:
- ь зависимость от погоды и времени суток;
- ь как следствие необходимость аккумуляции энергии;
- ь высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур);
- ь необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли;
- ь нагрев атмосферы над электростанцией.
Первая в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области.
2.3 Альтернативная гидроэнергетика
- Энергия приливов и отливов
Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление — ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца.
Первая морская приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913г. в бухте Ди около Ливерпуля. В 1935г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи на восточном побережье, истратили 7 млн. долл., но работы пришлось прекратить из-за неудобного для строительства, слишком глубокого и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.
Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, по правительство не утвердило дорогостоящий проект.
В электросеть Норвегии была подключена первая в истории подводная электростанция, генерирующая электроэнергию за счёт приливно-отливных движений воды.
С 1967г. в устье реки Ране во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс.кВт. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море. В настоящее время в мире эксплуатируются 10 приливных электростанций: промышленная «Ране» во Франции, экспериментальные — «Кислогубская» в России и «Аннаполис» в Канаде и семь малых ПЭС в Китае.
Стратегия оптимальной эксплуатации приливной электростанции (ПЭС) проста: накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает «пик потребления» в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции.
Но на сегодняшний день ПЭС уступает тепловой энергетике, и причина не только в том, что вместо того, чтобы вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, можно купить нефть, газ и уголь, продаваемые развивающимися странами за бесценок. Дело в том, что для сооружения ПЭС даже в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, или даже столетия!
Но все, же она обладает всеми необходимыми предпосылками, чтобы в будущем стать важнейшей составляющей мировой энергетики, такой, какой сегодня, к примеру, является природный газ.
Потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год.
- Тепловая энергия океана
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. км2) занимают моря и океаны — акватория Тихого океана составляет 180млн. км. Атлантического — 93 млн.км , Индийского — 75 млн.км . Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.
Последние десятилетие характеризуется определенными успехами в использовании тепловой энергии океана. Так, созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС — начальные буквы английских слов Ocean Thermal Energy Conversion, т.е. преобразование тепловой энергии океана — речь идет о преобразовании в электрическую энергию).
В августе 1979г. вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной месяцев показала ее достаточную надежность. При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если но считать мелких технических неполадок. Впервые в истории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить более мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступить к проектированию еще более мощных систем подобного типа.
Новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт проектируются без судна. Это — одна грандиозная труба, в верхней части которой находится круглый машинный зал, где размещены все необходимые устройства для преобразования энергии. Верхний конец трубопровода холодной воды расположится в океане на глубине 25-50 м. Машинный зал проектируется вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установлены турбоагрегаты, работающие на парах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса всего сооружения превышает 300 тыс. т. Труба-монстр, уходящая почти на километр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде маленького островка.
- Энергия морских течений
Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно-ветряным мельницам, «погруженным» в атмосферу).
Если бы мы смогли полностью использовать эту энергию, она была бы эквивалентна суммарной энергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт. Но эта цифра чисто теоретическая, а практически можно рассчитывать на использование лишь около 10% энергии течения. В настоящее время в ряде стран, и в первую очередь в Англии, ведутся интенсивные работы по использованию энергии морских волн. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, к во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению.
Один из проектов использования морских волн основан на принципе колеблющегося водяного столба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями вверху под влиянием волн уровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действует наподобие поршня: засасывает воздух и нагнетает его в лопатки турбин. Главную трудность здесь составляет согласование инерции рабочих колес турбин с количеством воздуха в коробах, так чтобы за счет инерции сохранялась постоянной скорость вращения турбинных валов.
- Энергия волн
Принцип получения волновыми электростанциями энергии основан на использовании океанических течений.
Уже инженерно разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении или вообще при полном штиле. На дно моря или озера устанавливается вертикальная труба, в подводной части которой сделано «окно»; попадая в него, глубинная волна (а это — почти постоянное явление) сжимает воздух в шахте, а тот крутит турбину генератора. При обратном движении воздух в турбине разрежается, приводя в движение вторую турбину. Таким образом, волновая электростанция работает беспрерывно почти при любой погоде, а ток по подводному кабелю передается на берег
2.4 Геотермальная энергетика
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.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.
Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика.
Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.
Преимущества:
- ь практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года;
- ь воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей;
Недостатки:
- ь необходимость возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт;
— ь в термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
2.5 Водородная энергетика
Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в 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.
Разнообразие способов получения водорода является одним из главных преимуществ водородной энергетики, так как повышает энергетическую безопасность и снижает зависимость от отдельных видов сырья.
К ним относятся:
- ь паровая конверсия метана и природного газа;
- ь газификация угля;
- ь электролиз воды;
- ь пиролиз;
- ь частичное окисление;
- ь биотехнологии;
- ь глубинный газ планеты.
В данный момент наиболее доступным и дешёвым процессом является паровая конверсия. Согласно прогнозам, она будет использоваться в начальной стадии перехода к водородной экономике для упрощения преодоления проблемы «курицы и яйца», когда из-за отсутствия инфраструктуры нет спроса на водородные автомобили, а из-за отсутствия водородных автомобилей не строится инфраструктура. В долгосрочной перспективе, однако, необходим переход на возобновляемые источники энергии, так как одной из главных целей внедрения водородной энергетики является снижения выброса парниковых газов. Такими источниками может быть энергия ветра или солнечная энергия, позволяющая проводить электролиз воды.
Производство водорода может быть сосредоточено на централизованных крупных предприятиях, что понижает себестоимость производства, но требует дополнительных расходов на доставку водорода к водородным автозаправочным станциям. Другим вариантом является маломасштабное производство непосредственно на специально оборудованных водородных автозаправочных станциях.
Недостатки:
- ь большинство специалистов видят водород в качестве топлива только в случае массивного перехода на атомную энергетику;
- ь сложность хранения, взрывоопасность водорода;
- ь сложность доставки потребителям;
Достоинства:
ь в пересчете на единицу массы в водороде содержится втрое больше энергии, чем в природном газе
ь при сжигании образуется только один побочный продукт — чистая вода
ь экологичность топлива: не образуются парниковые газы, не нарушается круговорот воды в природе;
- ь доступность топлива;
- ь бесшумность водородных автомобилей.
На данный момент водород является самым разрабатываемым «топливом будущего». На это есть несколько причин: при окислении водорода образуется как побочный продукт вода, из нее же можно водород добывать. А если учесть, что 73% поверхности Земли покрыты водой, то можно считать, что водород неисчерпаемое топливо. Так же возможно использование водорода для осуществления термоядерного синтеза, который вот уже несколько миллиардов лет происходит на нашем Солнце и обеспечивает нас солнечной энергией.
2.6 Космическая энергетика
Космическая энергетика — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на Луне или земной орбите.
Изначально идея появилась в 1970-х годах. Появление такого проекта было связано с энергетическим кризисом. В связи с этим правительство США выделило 20 миллионов долларов космическому агентству NASA и компании Boeing для расчёта целесообразности проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).
После всех расчётов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы 5000 мегаватт энергии, после передачи на землю оставалось бы 2000 мегаватт. Чтобы понять много это или нет, стоит сравнить эту мощность с Красноярской ГЭС, мощность которой составляет 6000 мегаватт. Но примерная стоимость такого проекта 1 триллион долларов, что и послужило причиной закрытия программы. Космический спутник по сбору солнечной энергии по существу состоит из трех частей:
ь средства сбора солнечной энергии в космическом пространстве, например, через солнечные батареи или тепловой двигатель Стирлинга.
ь средства передачи энергии на землю, например, через СВЧ или лазер.
ь средства получения энергии на земле, например, через ректенны.
Космический аппарат будет находиться на ГСО и ему не нужно поддерживать себя против силы тяжести. Он также не нуждается в защите от наземного ветра или погоды, но будет иметь дело с космическими опасностями, такими как микрометеориты и солнечные бури.
Так как за 40 лет со времени появления идеи солнечные батареи сильно упали в цене и увеличились в производительности, а грузы на орбиту стало доставлять дешевле, в 2007 году «Национальное космическое общество» США представило доклад в котором говорит о перспективах развития космической энергетики в наши дни.
Преимущества:
- ь Высокая эффективность из-за того, что нет атмосферы, выработка энергии не зависит от погоды и времени года;
- ь Практически полное отсутствие перерывов так как на геостационарной орбите спутник будет освещен солнцем 24 часа в сутки;
Недостатки:
- ь Слишком высокая стоимость проекта;
- ь Отсутствие даже экспериментальных установок.
3. Альтернативная энергетика в России
Узнав об альтернативной электроэнергетике, в общем, конечно, будет интересно и, безусловно, очень важно рассказать об альтернативных источниках именно в России.
В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году — 0,14%, в 2005 год планировалось около 0,5-0,6% энергобаланса страны (т.е. приблизительно в 30 раз меньше, чем в США, а если учесть соотношение энергобалансов, то у нас «запланировано» отставание примерно в 150 раз).
Такие процентные соотношения, конечно, не радуют.
В стране практически отсутствует стратегия полномасштабного перехода к альтернативной энергетике и по-прежнему делается ставка на малую, автономную энергетику, причем в весьма отдаленном будущем. Что, конечно скажется на экономическом отставании страны, а также на экологической обстановке в стране. Проблема финансирования тоже актуальна и наиболее важная.
Но все-таки в нашей стране существуют станции, которые вырабатывают энергию за счет альтернативных источников, несмотря на то, что их доля мала и незначительна. Подземное тепло или геотермальную энергию используют на Камчатке (Паужетская станция).
Выделяют основные области использования геотермальной энергии. Этот способ добычи энергии относительно дешевый и новый для нашей страны. Далее, на Кольском полуострове используют энергию приливов и отливов (Кислогубская станция).
Солнечная энергию используют в разных частях России, особых закономерностей нет, только необходима ясная солнечная. Ветровые станции широкого распространения у нас не получили, но выделяются некоторые области.
Вот такое скудное положение станций, производимых энергию при помощи альтернативных источников, в России. Проблем, связанных с переходом на альтернативную электроэнергетику, у нас очень много, и даже трудно выделить какую-либо из них. Но, главное, то, что нам необходимо начать разработку и финансирование станций таких типа, потому что это сказывается на экономическом отставании страны, если сейчас это еще не очень проявляется, то в будущем ситуация изменится в корне из-за того, что традиционные источники энергии не возобновимы, а на долго их не хватит.
Заключение
Роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации неоспорима. За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, такие переходы играли очень важную роль во всем развитии человечества и в экономическом развитии каждой страны, именно благодаря этому были выделены лидирующие и отстающие страны. Говорить о значении энергии для всех землян необязательно т.к. каждый человек понимает нашу зависимость от энергии. Жизнь не стоит на месте, все идет вперед.
Оно не остановится. Мы не знаем, что будет дальше, но можем это предположить. Уже сейчас явно выражена необходимость перехода к альтернативной электроэнергетике. В своей работе я рассказала об альтернативных источниках электроэнергетике, определила причины скорейшего перехода к данному способу добычи энергии, рассказала о положении дел, связанных с данным вопросом, в России. Все это уже было сказано, но цель моей работы не только рассказать о выше перечисленном, но и выделить то, что тормозит развитие альтернативной энергии, и что можно и уже нужно сделать для достижения поставленной цели т.е. для перехода к такому способу добычи энергии.
Почему в мире так неохотно переходят на АПЭ? Вот основные причины:
1) финансирование — пожалуй, самая главная проблема.
2) не достаточно изученность многих АИЭ
3) низкое КПД
4) разные административные барьеры
Преодолев одну проблему, человечество лишь приблизится к поставленной цели, но не сможет осуществить ее полностью, поэтому нужно искать новые пути выхода из сложившейся ситуации.
Существует много путей выхода, и каждый человек по-своему оценивает их.
Я выбрала эту тему, так как на мой взгляд, она является очень интересной и актуальной. Я считаю, что за альтернативными источниками энергии стоит будущее. А уже сейчас мы должны думать, какую планету мы оставим своим потомкам.
1. Журнал «Наука и жизнь», издательство «Правда» 2006 год.
2. www.greenpeace.org
3. http://ru.wikipedia.org
4. П. Ревелль, Ч. Ревелль «Энергетические проблемы человечества», «Мир», 1995г.
5. http://www.nat-geo.ru/
