Доклад: Альтернативные виды энергии. Сообщение об альтернативных источниках энергии
Доклад - Альтернативные источники энергии 10
Новосибирский Государственный Технический УниверситетФакультет гуманитарного образования Кафедра социологии Реферат на тему:«Альтернативные источники энергии»
Выполнил: студент ФГО
Гр. СЛ-02 Хромов. А.Ю Проверил: Дьяченко Г. И.
Новосибирск 2010
ВСТУПЛЕНИЕ
На пороге ХХI века человек все чаще и чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. Homo Sapiens прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу основных традиционных энергетических ресурсов — угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный атом”, но все активнее обсуждаются вопросы использования новых нетрадиционных, альтернативных видов энергии.
По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти — 300 миллиардов тонн, газа — 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти — 137 миллиардов тонн, газа — 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что в последние годы в шельфовых зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?
Есть несколько ответов на этот вопрос. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет. Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов и окружающие их территории подчас напоминают “города мертвых”, а кадры кинохроники о плавающих в нефтяной пленке морских птицах и животных тревожат не только Greenpeace.
Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект*.
В настоящее время выдвигаются множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается. Так, существуют предложения по использованию энергии разложения атомных частиц, искусственных смерчей и даже энергии молнии. Проводятся эксперименты по использованию “биоэнергетики”, например, энергии парного молока для обогрева коровников.
Но существуют и “традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия Солнца и ветра, энергия морских волн, приливов и отливов. Есть проекты преобразования в электроэнергию газа, выделяющегося на мусорных свалках, а также из навоза на звероводческих фермах. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливости считается Солнце. В Солнце сосредоточено 99, 886% всей массы солнечной системы. Солнце ежесекундно излучает энергию в тысячи миллиардов раз большую, чем при ядерном взрыве 1 кг U235 .
СОЛНЦЕ
Солнце — неисчерпаемый источник энергии — ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет — самая близкая к Солнцу часть нашей планеты — по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров.
Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы (см. рис.№1) и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света.
Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой — из арсенида галлия. Он поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой — из антимонида галлия и предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.
В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических элементов на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент (см. гл. ВОДОРОД) и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет использовать этот водород для производства электроэнергии.
Компактная передвижная электростанция сконструирована германским инженером Хербертом Бойерманом. При собственном весе 500 кг она имеет мощность 4 КВт, иначе говоря, способна полностью обеспечить электротоком достаточной мощности загородное жилье. Это довольно хитроумный агрегат, где энергию вырабатывают сразу два устройства — ветрогенератор нового типа и комплект солнечных панелей. Первый оснащен тремя полусферами, которые (в отличие от обычного ветрового колеса) вращаются при малейшем движении воздуха, второй — автоматикой, аккуратно ориентирующей солярные элементы на светило. Добытая энергия накапливается в аккумуляторном блоке, а тот стабильно снабжает током потребителей.
Глядя вперед, в те времена, когда штат Калифорния будет нуждаться в удобных станциях для подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская компания Эдисон” планирует начать испытание специальной автостанции для машин, работающих на солнечной энергии, которая в конечном счете должна стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981г. через пролив Ла-Манш совершил перелёт первый в мире самолёт двигателем, работающим от солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему потребовалось 5,5 часа (см. рис. №2). А по прогнозам учёных конца прошлого века, ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000 электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной энергии в широких масштабах. В частности, в Крыму с его “солнцеобильностью”.
ВОДОРОД
Эти и многие другие современные разработки начинают вырисовывать контуры будущего мира, в котором, несмотря на продолжающийся рост потребления энергии, получаемой преимущественно путем сжигания природного топлива, уровень содержания углекислого газа в атмосфере реально начнет снижаться.
Ускорить этот процесс смогли бы и автомобили марки NECAR4, разрабатываемые в одной из лабораторий под Штутгартом. Этот экспериментальный автомобиль, разрабатываемый совместно компаниями Ford, Daimler-Chrysler и Canada's Ballard Power Systems, работает на водороде, запасов которого в природе более чем достаточно. Водород, в отличие от ископаемых видов топлива, не содержит атомов углерода и поэтому не образует двуокиси углерода (СО2). Однако водород также может загрязнять окружающую среду, так как при его сгорании происходит перегруппировка молекул воздуха, при которой образуется окись азота и озон. Но NECAR4 не сжигает водород. На автомобиле установлен бортовой топливный элемент, разработанный фирмой Ballard, который обеспечивает постепенное соединение водорода с кислородом при умеренной температуре. В результате на выходе получается обыкновенная вода (h3O) и электроэнергия.
Топливные элементы были изобретены еще в начале XIX века. В 60-е годы прошлого века НАСА использовало их для получения чистой энергии в космосе. Но только в прошедшем десятилетии удалось создать топливные элементы таких размеров, которые позволили бы устанавливать их в легковых автомобилях. NECAR4 создан на базе малолитражного автомобиля Mercedes-Benz, типа «седан» класса А. Этот автомобиль вмещает пять человек плюс багаж, развивает скорость до 145 км/час и может пройти без заправки 450 километров. По словам Фердинанда Паника, руководителя проекта компании Diamler Chrysler, «значение топливного элемента соизмеримо разве что со значением микросхемы для развития вычислительной техники”.
Результаты не заставят себя ждать. Первые полевые испытания автомобилей с топливным элементом пройдут уже в этом году в Калифорнии. К 2004 году Diamler Chrysler, Ford, а также General Motors, Toyota и другие компании, предполагают начать поставку автомобилей с топливным элементом на потребительский рынок.
Проблема, связанная с массовым серийным производством компактных топливных элементов для легковых и грузовых автомобилей, еще до конца не решена, однако уже сейчас можно было бы начать производство крупногабаритных элементов, обеспечивающих работу промышленных предприятий и электростанций.
Теоретически, водород можно было бы получать из воды, используя для этого энергию солнца или ветра. Однако, даже при самых оптимистических прогнозах, связанных с совершенствованием таких технологий, затраты на производство электроэнергии, необходимой для разделения молекул воды на молекулы водорода и кислорода в настоящее время чрезвычайно велики. Поэтому первые установки для крупномасштабного производства водорода будут, по всей видимости, вырабатывать его из традиционных видов топлива.
Такую технологию можно было бы, например, успешно применять в Китае, где стремительный рост производства и огромные природные запасы угля угрожают вызвать катастрофическое загрязнение атмосферы углекислым газом в течение следующего столетия.
Основной проблемой, связанной с производством водорода по старым технологиям, является то, что при этом образуется двуокись углерода, которую нельзя выбрасывать в атмосферу. Существует, однако, альтернативный метод – закачивать углекислый газ под землю. В Норвегии, например, энергетическая компания Norsk Hydro строит электростанцию, которая будет работать на водороде, получаемом из природного газа. Образующаяся при этом двуокись углерода будет закачиваться обратно в одно из месторождений нефти, расположенных на континентальном шельфе. С помощью такой технологии можно не только решить проблему загрязнения воздуха углекислым газом, но и повысить давление в месторождении, что значительно облегчит выкачивание из него оставшихся запасов нефти. Другим не менее эффективным способом борьбы с загрязнением атмосферы является закачивание двуокиси углерода в подземный водоносный слой, которое уже в настоящее время успешно применяется в Европе и США.ВЕТЕР
На первый взгляд ветер кажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер — это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра — скорость и направление — меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок (патент РФ № 1783144) порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с!
Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин (см. рис. №3;8).
МОРЕ
В последнее время в некоторых странах снова обратили внимание на те проекты, которые были отвергнуты ранее как малоперспективные. Так, в частности, в 1982 г. британское правительство отменило государственное финансирование тех электростанций, которые используют энергию моря: часть таких исследований прекратилась, часть продолжалась при явно недостаточных ассигнованиях от Европейской комиссии и некоторых промышленных фирм и компаний. Причиной отказа в государственной поддержке называлась недостаточная эффективность способов получения “морского” электричества по сравнению с другими его источниками, в частности — атомными.
В мае 1988 г. в этой технической политике произошел переворот. Министерство торговли и промышленности Великобритании прислушалось к мнению своего главного советника по энергетике Т. Торпа, который сообщил, что три из шести имеющихся в стране экспериментальных установок усовершенствованы и ныне стоимость 1 КВт/ч на них составляет менее 6 пенсов, а это ниже минимального уровня конкурентоспособности на открытом рынке. Цена “морской” электроэнергии с 1987 г. снизилась вдесятеро.
Волны. Наиболее совершенен проект “Кивающая утка” (см. рис. №4), предложенный конструктором С. Солтером. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это — 2,5 пенса), и заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).
Следует заметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.
Приливы. Первая большая электростанция, работающая на энергии приливов, была построена в 1968г. в устье реки Ранс (Франция). Электростанция работает следующим образом. Когда начинается отлив, заслонки в дамбе закрывают, поддерживая высокий уровень воды за плотиной. При разнице уровней в 3 м. заслонки открывают, и вода устремляется в море, вращая лопатки 24-х больших турбин, а вместе с ними и роторы электрогенераторов. Когда опять начинается прилив, вода через открытые заслонки проходит за плотину, и цикл повторяется (см. рис. №5).РЕКИ
Примерно 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире, вырабатывают на ГЭС. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт.
Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую… Была бы поблизости речушка!
Роторная установка диаметром 300 мм и весом всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное — дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14 вольт, и энергия аккумулируется.
Опытный образец бесплотинной мини-ГЭС успешно зарекомендовал себя на речках Горного Алтая.
ЗЕМЛЯ
Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать электричество (см. рис. №6). Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который вращает турбину. Такой вид энергии называется геотермальной энергией. Она используется, например, в Новой Зеландии и Исландии.
ОТХОДЫ
Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное- объем закрытых свалок сократился на 78%.
Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого приходится на метан, а 45-50% — на углекислый газ и около одного процента — на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мае 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 мегаджоуля электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 мегаджоулей. Станция мощностью 12 мегаватт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидит
НАВОЗ
Казалось бы, что может быть неприятнее навоза? Много проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению.
Известно, что теплоцентрали — активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники — тоже. Однако из этих двух зол можно составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы — для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕРЕВНИ
Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.
Хранителем домашнего очага и незримым существом в доме, по старинным поверьям, служит теплый домовой. Техническую помощь ему в скандинавских странах, в первую очередь в Швеции, оказывает теперь программно управляемая бытовая теплоцентраль “Аквае 47 ОД”. Разработанная шведской фирмой “Электро стандард”, эта установка довольствуется скромным местом, скажем, площадью кухни.
Тепловые насосы и узел нагрева воды вмонтированы в нее еще на заводе-изготовителе. Принцип экономного вторичного обогрева таков: из использованного воздуха ванной комнаты, кухни и подсобок тепловая энергия возвращается в систему отопления традиционного типа и утилизируется водогрейным котлом. Дополнительные калории от внешних источников газа или жидкого топлива отбираются на эти цели лишь по мере необходимости. Особые клапаны в наружных стенах, снабженные противопылевым фильтром и входящие в комплект установки, обеспечивают подвод чистого воздуха и равномерную безвытяжную смену его в доме. Это достижение компьютерной теплотехники предназначено прежде всего для односемейных домов, например, для загородных коттеджей; оно сокращает наполовину обычный расход энергии.
В испанском поселке Сант-Джосеп на острове Ивиса сооружается первая в мире экологическая деревня будущего, где поселятся четыреста человек. В проекте участвуют специалисты из всех стран Европы. Чтобы оптимально использовать солнечный свет, “умные” дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет как новая технология, так и сами материалы — каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая — 20-22 градуса. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию там станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее опять же сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы — мусор и сточные воды, в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85 процентов энергии. На гигантской биоферме будут выращивать скот, рыбу, а так же овощи, фрукты и злаки.
Возможно, такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства “умных” экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов (постройка мини-ГЭС, солнечных, ветровых, мусорных электростанции) вполне реальна
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В обозримом будущем природное топливо по-прежнему будет важным источником энергии. Однако природные ресурсы ограничены, и в конце концов человечество будет вынуждено перейти на использование энергии ветра и Солнца, о чем с незапамятных времен мечтают защитники окружающей среды.
Теоретически, каждое предприятие, здание, жилой дом и автомобиль может иметь свой собственный экологически чистый, возобновляемый источник энергии, что позволит человечеству обходиться без нефтяных скважин, угольных шахт, электростанций, линий электропередачи и избавиться, таким образом, от всех негативных последствий их использования. Однако на данный момент перед человечеством стоит более неотложная задача: остановить перегревание планеты и сделать это как можно быстрее. Благодаря автомобилям с топливными элементами, более совершенным ветровым турбинам и солнечным элементам, и другим описанным в данном реферате проектам, внедрение которых уже становится реальностью, угроза глобального потепления кажется теперь не столь устрашающей, какой она представлялась еще несколько лет назад.
www.ronl.ru
Доклад - Альтернативные виды энергии
<span Courier New"">Министерства науки и образования Украины
<span Courier New"">Доклад
на тему:
<span Courier New"">Альтернативные виды энергии
Выполнил ученик 9-Б класса
общеобразовательной школы № 1
I– IIIступеней
Калугин Илья Русланович
Руководители:
Шкоропадо Александр Сергеевич
Шкоропадо Максим Сергеевич
Одесса 2007
<span Courier New"">Содержание
Введение
2
Мир ищет энергию
5
Альтернативные источники энергии
14
Проект постоянное электричество без загрязнения окружающей среды
24
Заключение
31
Литература
33
<span Courier New"">
<span Courier New"">Введение
Рождение энергетикипроизошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использоватьогонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения иоптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощникомв земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д.
Прекрасный миф оПрометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позжетого, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренногообращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональнымиспользованием топлива.
На протяжении многих летогонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины,кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаруженавозможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменныйуголь, нефть, сланцы, торф.
Энергия– нетолько одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основногофизического (а в более широком смысле–естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические,технические, политические и иные аспекты.
Человечеству нужна энергия, причем потребности в нейувеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природныхтоплив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерноготоплива- урана и тория, из которогоможно получать в реакторах – размножитесь плутония. Практически неисчерпаемы запасытермоядерного топлива– водорода, однакоуправляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будутиспользованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. безучастия в этом процессе реакторов деления. Остаются два пути: строгая экономияпри расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемыхисточников энергии.
Данная работа являетсякратким, но обширным обзором современного состояния энергоресурсовчеловечества. В работе рассмотрено развитие энергетики, как отрасли народногохозяйства, эволюция источников энергии, а также проблемы освоения ииспользования новых ресурсов энергии (альтернативные источники энергии).
Не менее важной причинойнеобходимости освоения альтернативных источников энергии является проблемаглобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2),высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла,электроэнергии и обеспечения работытранспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты,нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект.
Но существуют и“традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия Солнца и ветра, энергияморских волн, приливов и отливов. Есть проекты преобразования в электроэнергиюгаза, выделяющегося на мусорных свалках, а также из навоза на звероводческихфермах. Основным видом “бесплатной” неиссякаемой энергии по справедливостисчитается Солнце.
Цель работы – прежде всего, ознакомиться с современнымположением дел в этой необычайно широкой проблематике, анализ новых путейполучения практически полезных форм энергии.
К новым формам первичной энергии, рассмотренным, в нашейработе в первую очередь относятся: солнечная и геотермальная энергия,приливная, атомная, энергия ветра и энергия волн. В отличие от ископаемыхтоплив эти формы энергии не ограничены геологическими накопленными запасами(если атомную энергию рассматривать вместе с термоядерной). Это означает, чтоих использование и потребление не ведет к неизбежному исчерпанию запасов.
На сегодняшний деньэнергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможностьсоздавать различные материалы, является одним из главных факторов приразработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видовэнергии человек не способен полноценно существовать.
<span Courier New"">Мир ищет энергию
Никакойвид энергии не обходится так дорого, как её недостаток.
Г. Баба, 1964.Это высказывание известного индийского ученого никогдане звучало столь актуально, как в наши дни, когда человечество, не считаясь согромными финансовыми расходами, прилагает все усилияк поиску новых путейполучения энергии.
Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии, былии будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли.Понимание принципов производстваи потребления энергии составляет необходимуюпредпосылку для успешного решения приобретающихвсе большую остроту проблем современности и в еще большей степени– ближайшего будущего.
Мир,в котором мы живем, можно изучать с самых разных точек зрения. Новые знанияведут к постоянному их сужению, все с большей дифференциации научных дисциплин исоответствующих им областей человеческой деятельности. Результаты объективнойоценки в этих областях весьма различны. Если говорить о существующей и поныне угрозе войн, омиллионах недоедающих иголодных, о все возрастающем загрязнении жизненной среды, то приходитсяконстатировать наличиесерьезнейших проблем, решение которых не терпит отлагательства. Проблемы эти тревожат весь прогрессивныймир и не позволяют человечеству удовлетвориться достигнутым. Если же оценивать развитие науки и техники само по себе, в самом широком смысле слова, то здесь успехи весьма велики и заслуживают высочайшего уважения.
Почему же именно сейчас, как никогда остро, всталвопрос: что ждет человечество — энергетический голод или энергетическоеизобилие? Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическомкризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства,сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения озапуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетики. Разрабатываютсягигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилийи огромных материальных затрат. Если в конце прошлого века самаяраспространенная сейчас энергия — энергетическая — играла, в общем,вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году вмире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии.
И все равно энергии будет мало, а потребности в ней растутеще быстрее.
Уровень материальной, а в конечном счете и духовной культурылюдей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в ихраспоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом,сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека всевремя растут, да и людей становится все больше.
Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленныеспособы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогдастроить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится!Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себенемало подводных камней. Неумолимые законы природы утверждают, что получитьэнергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразованийиз других форм. Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее неберущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства ксегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пятипроизведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым пользовалсяпервобытный человек для согревания, то есть при сжигании топлива, или прииспользовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее вэлектрическую на тепловых электростанциях.
Новые факторы — возросшие цены на нефть, быстрое развитиеатомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды,потребовали нового подхода к энергетике.
В разработке Энергетической программы приняли участиевиднейшие ученые нашей страны, специалисты различных министерств и ведомств. Спомощью новейших математических моделей электронно-вычислительные машинырассчитали несколько сотен вариантов структуры будущего энергетического балансастраны. Были найдены принципиальные решения, определившие стратегию развитияэнергетики страны на грядущие десятилетия. Энергетическая программа страны — основа нашей техники и экономики в канун 21 века.
Но ученые заглядывают и вперед, запределы сроков, установленных Энергетической программой. В 21 веке, и онитрезво отдают себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению,запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать этизапасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет.Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допуститьразграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива можетхватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшнимднем. Они нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчасмногие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаютсяв золоте, не задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут.Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, – когда месторождениянефти и газа будут исчерпаны. Происшедшее повышение цен на нефть, необходимуюне только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило задуматься о другихвидах топлива, пригодных для замены нефти и газа. Особенно призадумались тогдате страны, где нет собственных запасов нефти газа, и поэтому приходитсяпокупать.
А пока в мире все больше ученых инженеров занимаются поискаминовых, нетрадиционных источников, которые могли бы взять на себя хотя бы частьзабот по снабжению человечества энергией. Решение этой задачи исследователиищут на разных путях. Самым заманчивым, конечно, является использованиевечных, возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и ветра,океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца. Много вниманияуделяется развитию атомной энергетики, ученые ищут способы воспроизведения наЗемле процессов, протекающих в звездах и снабжающих их колоссальными запасамиэнергии.
<span Courier New";layout-grid-mode:line">Энергия – с чего всеначалось
<span Courier New";layout-grid-mode:line">
Сегоднянам может казаться, что развитие и совершенствование человека происходилоневообразимо медленно. Ему в буквальном смысле слова приходилось ждать милостейот природы. Он был практически беззащитен перед холодом,ему непрестанно угрожали дикие звери, его жизньпостоянно висела на волоске. Но постепенно человекразвился настолько, что сумел найти оружие, которое в сочетании со способностьюмыслить и творить окончательно возвысило его над всем живым окружением. Сначалаогонь добывали случайно– например, изгорящих деревьев, в которые ударила молния, затем стали добывать сознательно:за счет трения друг о друга двух подходящих кусков дерева человек впервые зажегогонь80–150 тысяч лет назад.
Послеэтого люди уже не отказывались от возможности использовать огонь в борьбепротив суровых холодов и хищных зверей, для приготовления с трудом добытойпищи. Сколько ловкости, настойчивости, опыта, да и просто везения этотребовало. Шло время. Люди научились получать тепло.
Ивсе же постепенно, мало-помалу они стали использовать силу прирученныхживотных, ветра и воды. По данным историков, первые тягловые животные былазапряжены в плуг около5000 лет назад.Упоминание о первом использовании водной энергии– запуске первой мельницы с колесом, приводимым в движение водянымпотоком,– относится к началу нашеголетосчисления. Однако потребовалась еще тысяча лет, прежде чем это изобретениеполучило распространение.
На протяжении столетий степень использования новыхисточников энергии — домашних животных, ветра и воды– оставалась очень низкой. Главным же источником энергии, припомощи которой человек строил жилье, обрабатывал поля, защищался и нападал,служила сила его собственных рук и ног. И так продолжалось примерно до серединынашего тысячелетия. Правда, уже в<st1:metricconverter ProductID=«1470 г» w:st=«on»>1470г</st1:metricconverter>. был спущен на воду первый большой четырехмачтовыйкорабль; около <st1:metricconverter ProductID=«1500 г» w:st=«on»>1500г</st1:metricconverter>. гениальный Леонардо да Винчи предложил не только весьма остроумную модельткацкого станка, но и проект сооружения летающей машины. Ему же принадлежатмногие другие, для того времени просто фантастические идеи и замыслы,осуществление которых должно было способствовать расширению знаний ипроизводительных сил. Но подлинный перелом в технической мысли человечестванаступил сравнительно недавно, немногим более трех столетий назад.
Одним из первых гигантов на пути научного прогрессачеловечества, несомненно, был Исаак Ньютон. Этотвыдающийся английский естествоиспытатель всю свою долгую жизнь и незаурядныйталант посвятил пауке: физике, астрономии и математике.Он сформулировал основные законы классическоймеханики, разработал теориютяготения, заложил основы гидродинамики и акустики,в значительной мере способствовал развитию оптики,вместе с Лейбницемсоздал начала теории исчисления бесконечно малых итеории симметричных функций. ФизикуXVIIIиXIX столетий по праву называют ньютонавской. Труды Исаака Ньютона во многом помогли умножить силучеловеческих мускулов и творческие возможности человеческого мозга.
Промышленная революция–так мы часто называем эту эпоху великих открытий – существенно изменила течение жизни на нашей планете. Одним из еепоследствий было окончательное падение феодализма, который уже не могприспособиться к развитию новых производительных сил, и упрочениекапиталистических производственных отношений. Джеймс Уатт изобрел паровуюмашину, которая раскрутила колесо истории до небывалых прежде оборотов.
Итальянскийфизик А. Вольта родился в 1745г. Онпродолжил эксперименты своего земляка Л. Гальвано и прославился изобретениемэлектрической батареи(1800). В его честьмы называем основную единицу электрического напряжения вольтом. (В). Вольтовубатарею – так называемый элемент–составляли два разных проводникаэлектрического тока (электроды), погруженные в жидкость (электролит), черезкоторую протекал электрический ток. В качестве электродов Вольта использовалмедь и цинк, а электролитом служила соленая вода. Долгим и трудным был путь отэтого первого источника постоянного тока до современной электрификации большейчасти нашей планеты.
Затем последовало множество открытий, связанных смагнитными свойствами электрического тока. Французский физик Андре Ампер стал основоположникомновой науки– ученияоб электромагнетизме. Отсюда оставался один шаг до создания электродвигателя,Этот решающий шаг помогли сделать великийанглийский физик и химик, бывший ученик переплетчика Майкл Фарадей, немецкий физик, живший и работавший в России,Герман Якоби и многиедругие, известные и неизвестные механики, физики ихимики. Первые электродвигатели работали отусовершенствованных вольтовых элементов. Ониобладали малой мощностью и постепенно были вытеснены двигателями переменного тока. Для этогопотребовалосьсоздать новые источники такого тока– генераторы, а затем турбины, чтобы приводить их в движение.
Путьк всеобщей электрификации проходил через множество крупных и мелких открытий иизобретений. Но это был логичный и целенаправленный путь. Электрическую энергиюлегко можно передавать на большие расстояния и непосредственно использовать длясамых разнообразных целей.
<span Courier New";layout-grid-mode: line">Сколько людям нужно энергии
Рождение энергетики произошло несколько миллионов леттому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло исвет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей,лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов,технологическим средством и т.д.
На протяжении многих лет огонь поддерживался путемсжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы,сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать дляподдержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.
Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь,появился в древней Греции значительно позже того, как во многих частях светабыли освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением итушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива.
Сейчас известно, что древесина- это аккумулированная с помощью фотосинтеза солнечная энергия.При сгорании каждого килограмма сухой древесины выделяется около20 000 кДж тепла. Напомним также, что теплотасгорания бурого угла равна примерно13000кДж/кг, антрацита25000 кДж/кг, нефти инефтепродуктов42000 кДж/кг, а природногогаза45000 кДж/кг. Самой высокой теплотойсгорания обладает водород-120000 кДж/кг.
Пришловремя объяснить, что же такое энергия, т.е. величина, измеряемая килоджоулями.Известна и другая физическая величина-работа, имеющая ту же размерность, что и энергия.
Оказывается, вопрос имеет принципиальное значение. Энергия- слово греческое, означающее в переводедеятельность. Термином «энергия» обозначают единую скалярную меру различныхформ движения материи. Энергию можно получить при сгорании1кг угля или1кгнефти, которые называются энергоносителями. Законы физики утверждают: таработа, которую можно получить в реальных машинах и использовать на наши нужды,будет всегда меньше энергии, заключенной в энергоносителе. Энергия- это, по сути дела, энергетический потенциал,а работа- это та часть потенциала,которая дает полезный эффект. Разницу между энергией и работой называютрассеявшейся энергией. До сих пор по традиции еще применяют понятия потенциальнойи кинетической энергии, хотя в действительности из-за огромного разнообразиявидов энергии было бы целесообразно пользоваться единственным термином- энергия. Таким образом, работа совершается впроцессе преобразования одних видов энергии в другие и характеризует полезнуюее часть, полученную в процессе такого преобразования. Рассеянная в процессесовершения работы энергия неизменно превращается в тепло, которое сообщаетсяокружающему пространству. Поскольку процессы преобразования одних видовэнергии в другие бесконечны, любая работа, в конце концов, переходит в тепло,т.е. обесценивается. Это означает, что чем больше человечество добывает угля,нефти и других энергоресурсов, тем больше оно в конечном итоге нагреваетокружающую среду.
Прогнозроста потребности в энергии чаще всего связывают с ростом численности населенияЗемли. При этом предполагают, что на каждого жителя уровень полученной энергиибудет также увеличиваться.
Очевидно, что врезультаты существующих прогнозов по истощению к середине – концу следующегостолетия запасов нефти, природного газа и других традиционных энергоресурсов,а также сокращение потребления угля из-за вредных выбросов в атмосферу, атакже употребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развитияреакторов хватит не менее чем на1000лет.
Мир наполнен энергией, которая может быть использована длясовершения работы разного характера. Энергия может находиться и находится влюдях и животных, в камнях и растениях, в ископаемом топливе, деревьях ивоздухе, в реках и озерах, а мы, в свою очередь, рассмотрим способы извлеченияэтой энергии для ее преобразования.
<span Courier New"">Альтернативные источники энергии
<span Courier New"">Солнечная энергия
<span Courier New"">
В этой главе, речь пойдетоб энергии солнца. Как известно Солнце является одним из основных источников жизни на нашей планете.
Своей жизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людейчувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от негомилостивых даров– урожая и изобилия,хорошей погоды и свежего дождя или же кары–ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду видим изображениеСолнца: над фасадами домов, на вышивках, в резьбе.
Почти все источники энергии, так или иначе, используютэнергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как«законсервированная» солнечная энергия. Она заключена в этом топливе снезапамятных времен; под действием солнечного тепла и света на Земле рослирастения, накапливали в себе энергию, а потом в результате длительных процессовпревратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год дастчеловечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадовтакже происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот воды на земномшаре.
В последнее время возрос интерес к солнцу как кнеисчерпаемому источнику энергии. Потенциальные возможности энергетики,основанные на использование непосредственного солнечного излучения чрезвычайновелики. Ведь солнечное излучение также является экологически чистым ивозобновляемым источником энергии.
Известно что,за три дня Солнце посылает наЗемлю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанныхзапасах ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд. Дж. Большую часть этой энергиирассеивает или поглощает атмосфера,особенно облака, и только треть ее достигает земной поверхности. Вся энергия,испускаемая Солнцем, больше той еечасти, которую получает Земля, в5000000000раз. Но даже такая «ничтожная» величина в1600раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые.Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощностикрупной электростанции.
К началу XXI века человечество разработало и освоило рядпринципов преобразования тепловой энергии в электрическую. Их можно условноразделить на машинные и без машинные методы. Последние часто называют методомпрямого преобразования энергии, поскольку в них отсутствует стадияпреобразования тепловой энергии в механическую работу.
Среди машинных преобразователей наиболее паро- игазотурбинные установки, работающие на всех наземных тепловых и атомныхэлектростанциях.
Принципиальная схема замкнутой газотурбинной установкивыглядит так. Солнечная радиация, собранная концентратором на поверхностисолнечного котла, нагревает рабочее тело – инертный газ до температур порядка1200 – 1500 градусов Кельвина и под давлением, создаваемым компрессором, подаетгорячий газ на лопатки газовой турбины, которая приводит в действиеэлектрогенератор переменного тока. Отработавший в турбине газ поступает сначалав генератор, где подогревает рабочий газ после компрессора. Тем самым оноблегчает работу основного нагревателя – солнечного котла. Затем газохлаждается в холодильнике – излучателе.
В энергоустановке с паротурбинным преобразователем собраннаяконцентратором солнечная энергия нагревает в солнечном котле рабочую жидкость,переходящую в насыщенный, а затем и в перегретый пар, который расширяется втурбине, соединенной с электрогенератором. После конденсации в холодильнике –излучателе отработавшего в турбине пара его конденсат, сжимаемый насосом, вновьпоступает в котел. Поскольку подвод и отвод тепла в этой установке осуществляютсяизотермически, средние температуры подвода и отвода оказываются выше, чем вгазотурбинной установке, а удельные площади излучателя и концентратора могутоказаться меньше. У подобной установке, работающей на органическом рабочемтеле, коэффициент полезного действия составляет 15 – 20 процентов присравнительно невысоких температурах подвода тепла – всего 600 – 650 градусовКельвина.
Наиболее привлекательной идеей относительно преобразования солнечной энергиипо мнению специалистов является использование без машинных преобразователей:термоэлектрических, термоэмиссионных и фотоэлектрических, непосредственнопреобразующих энергию солнечного излучения в электрический ток.
На сегодняшний день распространенными являетсяфотоэлектрические элементы.
Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Этослучайное открытие оставалось незамеченным вплоть до 1873г., когда УиллоубиСмит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотяего первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало историиполупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии влаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который сталпредшественником современных солнечных фото преобразователей. Лишь в начале50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степенисовершенства.
Рассмотрим фотоэлектрический метод преобразования энергии. Всолнечных батареях используется явление внешнего фотоэффекта, проявляющегося наp−n переходе в полупроводнике при освещении его светом. Создают p−nпереход путем введения в монокристаллический полупроводниковый материал базупримеси с противоположным знаком проводимости. При попадании на p−nпереход солнечного излучения происходит возбуждение электронов валентной зоны иобразуется электрический ток во внешней цепи. Ток будет зависит от интенсивности света и размераэлемента, под которым подразумевается площадь его поверхности. Элемент размером100*100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 10*10 мм и, следовательно, онпри той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший. Батареи можно составлятьв любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка изпоследовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельноцепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение.
Важным моментом работы солнечных элементов является ихтемпературный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25оСон теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/градус. В яркий солнечный деньэлементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09 В каждый. Это иявляется основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падениюнапряжения, генерируемого элементом.
Коэффициент полезногодействия современных солнечных батарей колеблется в пределах 10 – 16 %. Это значит, что элемент размером100*100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.
На пример, электростанция на солнечных батареях вблизиэкватора с суточной выработкой500 МВт·ч(примерно столько энергии вырабатывает довольно крупная ГЭС) при к.п.д. 10%потребовала бы эффективной поверхности около500000м2. Ясно, что такое огромное количество солнечныхполупроводниковых элементов может. Окупиться только тогда, когда ихпроизводство будет действительно дешево. Эффективность солнечных электростанцийв других зонах Земли была бы мала из-за неустойчивых атмосферных условий,относительно слабой интенсивности солнечной радиации, которую здесь даже всолнечные дни сильнее поглощает атмосфера, а также колебаний, обусловленныхчередованием дня и ночи.
В связи с этим многие специалисты выдвигают идею о размещениесолнечной электростанции в космосе, Там не будет атмосферных помех, невесомостьпозволит создать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора»энергии Солнца. У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одноговида энергии в другой неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космоспозволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы.
Хотя к проектированию подобных электростанций конструкторыприступили еще в конце 1960-х годов. Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, чтоэто колоссальное сооружение. Даже самая маленькая космическая электростанциядолжна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будетзапустить на удаленную от Земли орбиту.
Покажи, солнечные батареи используются эффективно накосмических станциях и спутниках.
На сегодняшний день ведутся работы, пока не в пользусолнечных электростанций: сегодня эти сооружения все еще относятся к наиболеесложным и самым дорогостоящим техническим методом использования гелио энергии.
Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет засобой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и втрудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов,изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки.
Необходимы новые варианты и технологий позволяющие из тойсолнечной энергии, которая попадает на земную поверхность получать максимальное КПД также необходимо добитьсядешевизны материалов и облегчения производства гелиостатов. Пока не найдено некаких отрицательных качеств этих станций. Работы в этой области энергетикеведутся по всему миру.
<span Courier New"">Ветроваяэнергия
Как известно, мы живем на дне воздушного океана, в мире ветров.Люди давно это поняли, они постоянно ощущали на себе воздействие ветра, хотядолгое время не могли объяснить многие явления.
Огромнаэнергия движущихся воздушных масс.Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры.Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромнойтерритории.
На первый взгляд ветеркажется одним из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличиеот Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге.Но ветер — это очень рассеянный энергоресурс.
Ветровая энергияпрактически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметрыветра — скорость и направление — меняются подчас очень быстро и непредсказуемо,что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы,которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра.Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальнойплощади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветровогопотока. Вторая проблема пока решается с трудом.
К решению первой проблемыпривлекли специалистов самолета строения умеющих выбрать наиболеецелесообразный профиль лопасти, для получения максимальной энергии ветра.Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современныхве
www.ronl.ru
| Альтернативная энергетика 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. Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ: § Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке. § Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы; § 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 - постоянно растут; § 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. § 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. Источники энергии Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет >200(2 г 1007) млрд. кВт/ч в год, (эквивалентно 36 млрд. т усл. топлива). В России сегодня общее потребление топлива составляет около 5 % мирового энергобаланса. Геологические запасы органического топлива в мире более 80 % приходится на долю угля, который становится все менее популярным. А известные запасы топливных ресурсов к 2100 г. будут исчерпаны. По данным экспертов, в начале XXI в. добыча нефти и природного газа начнет сокращаться: их доля в топливно- энергетическом балансе снизится к 2020 г. с 66,6 % до 20 %. На долю гидроэнергетики приходится всего 1,5 % общего производства энергии в мире и она может играть только вспомогательную роль. Таким образом, ни органическое топливо, ни гидроэнергия не могут решить проблемы энергетики в перспективе. Что касается ядерной энергии, все известные запасы урана, пригодного для реакторов, действующих на тепловых нейтронах, будут исчерпаны в первом десятилетии XXI в. [8]. Создание и эксплуатация АЭС на реакторах- размножителях значительно дороже и не менее безопасны, чем на тепловых нейтронах. От населения до сих пор скрывают не только реальную опасность атомной энергетики, но и ее реальную стоимость. Учитывая все затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл. Затраты на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности составят 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность аварий: по прогнозам МАГАТЭ, из-за увеличения количества реакторов в 2000 г. вероятность крупной аварии повысится до одной в 10 лет. В районах расположения АЭС, уранодобывающих и производящих предприятий постоянно растет уровень заболеваемости, особенно детской. АЭС служит одним из основных «нагревателей» атмосферы: в процессе деления 1 кг урана выделяется 18,8 млрд. ккал. Таким образом, тезис о безопасности и дешевизне атомной энергии - пустой и опасный миф, а атомная энергетика по причине огромной потенциальной опасности и низкой рентабельности не имеет долгосрочной перспективы. Что касается электростанций на основе термоядерного синтеза, то, по оценкам специалистов, в ближайшие 50 лет они вряд ли будут технологически освоены, а пагубное тепловое влияние на климат планеты будет не меньшим, чем от ТЭС и АЭС. К так называемым нетрадиционным источникам энергии относятся: тепло Земли (геотермальная энергия), Солнца (в том числе энергия ветра, морских волн, тепла морей и океанов), а также «малая» гидроэнергетика: морские приливы и отливы, биогазовые, теплонасосные установки и другие преобразователи энергии. Но только возобновляемые источники энергии, могут представлять реальную альтернативу традиционным технологиям сегодня и в перспективе. Солнечная энергия Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Сев. Технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т усл. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива. Ветровая энергия В России валовой потенциал ветровой энергии - 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе - 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т усл. топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива. Таким образом, потенциала солнечной радиации и ветровой энергии в принципе достаточно для нужд энергопотребления, как страны, так и регионов. К недостаткам этих видов энергии можно отнести нестабильность, цикличность и неравномерность распределения по территории; поэтому использование солнечной и ветровой энергии требует, как правило, аккумулирования тепловой, электрической или химической. Однако возможно создание комплекса электростанций, которые отдавали бы энергию непосредственно в единую энергетическую систему, что дало бы огромные резервы для непрерывного энергопотребления. Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия. Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т усл. топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 трлн. т усл. топлива. Использование только около 0,2 % этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос только в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Именно из-за того, что эти условия до сих пор не соблюдались при попытках создания в стране опытных установок по использованию геотермальной энергии, мы сегодня не можем индустриально освоить такие несметные запасы энергии. Таким образом, альтернативные возобновляемые источники энергии позволяют долгосрочно обеспечить всю страну. Состояние освоения альтернативных источников энергии в мире и в России Состояние АПЭ в мире По прогнозу Мирового энергетического конгресса в 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5,8 % общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) планируется довести долю АПЭ до 20 % (20 % энергобаланса США - это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70 % жилищного фонда. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции (ГеоТЭС) суммарной мощностью 5136 мВт, строятся 117 ГеоТЭС мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире по ГеоТЭС занимают США (более 40 % действующих мощностей в мире). Там работает 8 крупных солнечных ЭС модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей (СФАП) достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии - 8 млн. м^2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов. За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветроустановок с суммарной мощностью 70000 мВт (10 % энергобаланса США). В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного внедрения. Состояние АПЭ в России В 1990 году на долю АПЭ приходилось приблизительно 0,05 % общего энергобаланса, в 1995 году - 0,14%, на 2005 год планируется 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). Всего в России 1 ГеоТЭС (Паужекская, 11 мВт), и то технологически крайне неудачная, 1 приливная ЭС (Кислогубская, 400 кВт), 1500 ветроустановок (от 0,1 до 16 кВт), 50 микроГЭС (от 1,5 до 10 кВт), 300 малых ГЭС (2 млрд. кВт/ч), солнечные ФЭС (в сумме приблизительно 100 кВт), солнечные коллекторы площадью 100 000 м^2, 3000 тепловых насосов (от 10 кВт до 8 мВт). Итак, по всем видам АПЭ Россия находится на одном из последних мест в мире. В нашей стране отсутствует правовая база для внедрения АПЭ, нет никаких стимулов для развития этого направления. В стране отсутствует отрасль, объединяющая все разрозненные разработки в единый стратегический замысел. В концепции Минтопэнерго АПЭ отводится третьестепенная, вспомогательная роль. В концепциях РАН РФ, ведущих институтов, отраженных в программе «Экологически чистая энергетика» (1993 г.) 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 как в стране так и в мире в целом. |
works.tarefer.ru
