Главная страница 1
скачать файл

Возобновляемые источники энергии.


Рассмотрение вопроса о замене типичных невозобновляемых источников энергии (нефть, природный газ, каменный и древесный угли и т.д.) стало актуальным в конце XX века. Это связано с увеличением потребления энергии народонаселением Земли и исчерпанием традиционных ресурсов. Альтернативным вариантом замены таких ресурсов является использование возобновляемых источников энергии – геотермальная, энергия ветра, гидроэнергия, энергия приливов и отливов, солнечная, биоэнергетика, энергия волн.

Геотермальная энергетика.


Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.

По данным геолого-геофизических исследований, температура в ядре Земли достигает 3000-6000 ˚С, постепенно снижаясь в направлении от центра планеты к ее поверхности. Извержение тысяч вулканов, движение блоков земной коры, землетрясения свидетельствуют о действии мощной внутренней энергии Земли. Ученые считают, что тепловое поле нашей планеты обусловлено радиоактивным распадом в ее недрах, а также гравитационной сепарацией вещества ядра.

Главными источниками разогрева недр планеты есть уран, торий и радиоактивный калий. Процессы радиоактивного распада на континентах происходят в основном в гранитном слое земной коры на глубине 20-30 и более км, в океанах – в верхней мантии. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км вероятное значение температур на континентах составляет 600-800 ˚С, а в океанах – 150-200 ˚С.

Выделяют четыре основных типа ресурсов геотермальной энергии:



  • поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами;

  • энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии;

  • теплота, сосредоточенная глубоко под поверхностью земли (возможно, при отсутствии воды);

  • энергия магмы и теплота, которая накапливается под вулканами. 

Наибольшее распространение получило использование энергии пара у поверхности земли из-за простоты преобразования в электроэнергию. Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоТЭС) представлен на рисунке 2:

Достоинствами геотермальная энергии являются ее практическая неиссякаемость и полная независимость от окружающей среды, времени суток и года.

Использование термальных вод (например, для отопления помещений) требует периодической закачки и сброс воды. Термальная вода содержит большое количество солей различных токсичных металлов и химических соединений. Это недостаток геотермальной энергии, потому что мы не можем позволить себе загрязнять природные водоемы.


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.

http://www.aomy.com/attach/2012-08/13461540125vxd.jpg

Рис. 3. Ветрогенераторы.


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.

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

http://e-h.com.ua/pictures/vetro/shema1.jpg

Рис. 4. Принцип работы ветрогенератора


К недостаткам можно отнести следующее: крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием. Также небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими.

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. Отсюда могут быть последствия: изменение климата и проблемы с естественной вентиляцией городов.


Гидроэнергия

Гидроэнергия – энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних течениях рек, сооружаются плотины, а затем гидроэлектростанции (ГЭС) для преобразования энергии водного потока в электрическую.



http://www.geocaching.su/photos/areas/13620.jpg

Рис. 5. Братская ГЭС

Преимущества: использование возобновляемой энергии, очень дешевая электроэнергия, работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

Недостатки: затопление пахотных земель, строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды, на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов.

file:hydroelectric dam-ru.svg

Рис. 6. Схема плотины ГЭС

Энергия приливов и отливов

Энергия приливов и отливов – разновидность гидроэнергии, в которой используется кинетическая энергия вращения Земли. Наиболее распространены в использовании такого вида энергии – приливные электростанции (ПЭС). ПЭС строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.



http://maritime-zone.com/upload/image/ocean%20energy.jpg

Рис. 7. ПЭС

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций пренебрежимо мало.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов).

http://aenergy.ru/wp-content/uploads/2009/03/wave-energy-2-13-03-09.jpg

Рис.8. Схема работы ПЭС

Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками – высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность.


Энергия волн

Энергия волн океана – энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы – генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Чаще используют волновые электростанции для получения электричества из кинетической энергии волн.



file:wavedragon.jpg

Рис. 9. Принцип работы волновой электростанции

Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха – до 85 %.



http://specmash.info/wp-content/uploads/2011/08/pelamis_3001-300x230.jpg

Рис. 10. Волновая электростанция


Как и любой другой источник энергии, волновые электростанции имеют свои плюсы и минусы: волновые электростанции могут выполнять роль волногасителей, защищая порты, гавани и берега от разрушения; маломощные волновые электрогенераторы некоторых типов могут устанавливаться на стенках причалов, опорах мостов, уменьшая воздействие волн на них; поскольку удельная мощность волнения на 1-2 порядка превышает удельную мощность ветра, волновая энергетика может оказаться более выгодной, чем ветровая. С точки зрения социально-экономических проблем, волновая энергетика может привести к вытеснению рыбаков из продуктивных рыбопромышленных районов и может представлять опасность для безопасного плавания.
Солнечная энергетика

Солнечная энергетика – направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. В основном используют солнечное излучение для получения электроэнергии с помощью фотоэлементов, которые составляют солнечную батарею (панель). Солнечная батарея – несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) – полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.



http://helios-resource.ru/images/obshaya.jpg

Рис. 12. Схема работы фотоэлементов для получения электричества постоянного (DC) и переменного (AC) токов

Солнечная энергия, реально поступающая за три дня на территорию России, превышает энергию всей годовой выработки электроэнергии в нашей стране. Преимущества технологий, использующих энергию солнца, в том, что при работе солнечных установок практически не добавляется тепло в приземные слои атмосферы, не создается тепличный эффект и не происходит загрязнения воздуха. Но у солнечной энергии есть недостаток - ее зависимость от состояния атмосферы, времени суток и года, дороговизна конструкций.http://www.oilngases.ru/images/stories/now_energiya/sun_enrg1.jpg

В 2011-м было установлено 29,7 ГВт солнечных модулей по сравнению с 16,8 ГВт в 2010 году. В Европе рост объемов составил более 75 %. Лидерами по установленным мощностям в 2011 году являются Италия и Германия. Общая установленная мощность солнечных модулей составила к 2012 году 69,684 ГВт. Годовой объем вырабатываемой электроэнергии солнечными батареями составил 2 % в Европе и 0,5 % в мире. К 2020 году выработку электроэнергии солнечными батареями в Европе планируется увеличить до 12 %. Во всех развитых странах солнечная энергетика поддерживается правительствами. При продолжающейся поддержке объемы производства и инсталляции солнечных батарей увеличатся до 77 ГВт в год к 2016 году, и общий объем установленных солнечных батарей в мире составит 340 ГВт, причем существенно увеличится доля Америки, Китая и стран Азиатско-Тихоокеанского региона.

К сожалению, в энергетической стратегии России практически не рассматривается развитие солнечной энергетики. Однако в Российском сегменте производства солнечных энергосистем в последние годы наблюдается заметное оживление. Ряд крупных российских предприятий являются участниками Европейской программы «Солнечный поток». С учетом этой программы и программ, поддержанных РосНАНО потребность Российского рынка в высококачественных сортах кремния для реализуемых инновационных проектов составляет более 70 тыс. тонн.

Основным материалом для создания солнечных батарей служит кремний. Также используется арсенид галлия, халькогениды и так далее.

Стоимость фотоэлементов на 40-50 % состоит из стоимости кремния. Это объясняется сложным и дорогостоящим процессом производства кремния.



http://www.ekopower.ru/wp-content/uploads/2012/10/dom.jpg

Рис. 1. Солнечные батареи в эксплуатации

На нашей кафедре ведутся работы по совершенствованию производства кремния. В настоящее время мы работаем над проектом №14.В37.21.1064 «Карботермическая технология получения кремния для солнечной энергетики» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы. Научный руководитель – Немчинова Нина Владимировна, заведующая кафедрой Металлургии Цветных Металлов, доктор технических наук.



Биоэнергетика

Биоэнергетика – производство энергии из биотоплива различных видов. Понятие «биоэнергетика» применяется как в электроэнергетике, так и в теплоэнергетике и совместном производстве тепла и электричества.

Биотопливо – топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).http://alternergy.ru/uploads/posts/2012-11/1354003380_shema.jpg

Рис. 1. Схема получения биотоплива, биополимеров и других органических соединений из растительного сырья

В России понятие «биоэнергетика» в энергетическом смысле стали использовать с появлением первых биотопливных предприятий, ориентированных на экспорт биотоплива в Европейский Союз. Именно там биотопливо используется на тепло-электростанциях для получения тепла и электричества. В России существует несколько проектов производства тепла и электричества из биотоплива (ТЭС), однако мощности этих энергоустановок невелики и не сравнимы с мощностями атомной индустрии.



В теплоэнергетике биотопливо получает все большее и большее развитие. Ряд областей наращивают объемы производства биотоплива и переводят котельные на биотопливо. Например, Вологодская область намерена полностью использовать биотопливо в котельных региона в ближайшее время. Здесь также есть проекты по биоэнергетике для получения тепла и электричества.

Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы, барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.
скачать файл



Смотрите также:
Возобновляемые источники энергии
96.11kb.
Физические основы динамики газов
20.64kb.
Основной источник энергии
200.47kb.
Зерчанинова И. Л. координатор российской сети гринтай
112.26kb.
Услуги в сфере теплоснабжения, сфере оказания услуг по передаче тепловой энергии
142.43kb.
Источники права в целом источники права – это то, откуда мы можем почерпнуть сведения о тех или иных нормах права (правилах поведения), об их содержании. То есть, это внешнее выражение права
31.87kb.
История о Тейлз Долле Часть 1: Рождение Тряпичная кукла племени Ваканаби Тейлз Долл
58.82kb.
Ренар Лариса – Круг женской силы Энергии стихий и тайны обольщения Часть 1 Новая жизнь и искусство наслаждения
2992.87kb.
Российская академия наук
859.45kb.
Источники физического загрязнения
111.29kb.
Сборник Законов царя Хаммурапи // Источники права. Вып. 1 Тольятти: иип «Акцент», 1996. 56 с
385.76kb.
Основные источники
24.23kb.