Альтернативные источники энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Основные причины, указывающие на важность скорейшего перехода к АИЭ

Альтернативные источники энергии

Ветряные электростанции -- ветроэнергетические установки (ВЭУ)

Принцип работы

Основные проблемы

Преимущества

Недостатки

Производители -- мировые лидеры

География применения

Ветряные электростанции в России

Геотермальные электростанции

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальные ресурсы

Способы использования геотермальной энергии

Источники геотермальной энергии

Принципы работы

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии

Будущее геотермального электричества

Энергия солнца

Строение солнечных батарей

Принцип работы солнечных батарей

Строение фотоэлемента

Механизм действия

Материалы

Солнечные модули

Гидроэнергетические ресурсы и рaзмещение ГЭС



Введение

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.



Альтернативные источники энергии

Альтернативный источник энергии -- способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии -- потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.



Ветряные электростанции -- ветроэнергетические установки (ВЭУ)

Принцип работы

Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс -- ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет:

4-5 м/сек -- при мощности >= 200 кВт

2-3 м/сек -- если мощность <= 100 кВт.

Ветроэлектростанция - это мачта, наверху которой размещается контейнер с генератором и редуктором. К оси редуктора ветряной электростанции прикреплены лопасти. Контейнер электростанции поворачивается в зависимости от направления ветра.

Ветряные электростанции с вертикальной осью вращения менее популярны. Сам генератор находится под мачтой, и главное, необходимость ориентации на ветер отсутствует. Ветряные электростанции с вертикальной осью вращения требуют для стабильной работы более высоких скоростей ветра и предварительного запуска от внешнего источника энергии.

Основные проблемы

Основную проблему ветряных электростанций вызывает непостоянная природа ветра. При этом мощность ветряных электростанций в каждый момент времени переменна. Невозможно иметь от одной ветроэлектростанции стабильное поступление определенных объемов электроэнергии.

Ветряные электростанции имеют аккумуляторы для накопления электроэнергии, для более равномерной и стабильной работы системы. По этой же причине возникает необходимость объединения ветряных электростанций в энергосистемы и комплексы с иными способами получения электроэнергии. Это, прежде всего газовые генераторы, микротурбины, солнечные электростанции -- батареи на фотоэлементах.

Преимущества

Ветряные электростанции не загрязняют окружающую среду вредными выбросами.

Ветровая энергия, при определенных условиях может конкурировать с невозобновляемыми энергоисточниками.

Источник энергии ветра -- природа -- неисчерпаема.

Недостатки

Ветер от природы нестабилен, с усилениями и ослаблениями. Это затрудняет использование ветровой энергии. Поиск технических решений, которые позволили бы компенсировать этот недостаток -- главная задача при создании ветряных электростанций.

Ветряные электростанции создают вредные шумы в различных звуковых спектрах. Обычно ветряные установки строятся на таком расстоянии от жилых зданий, чтобы шум не превышал 35-45 децибел.

Ветряные электростанции создают помехи телевидению и различным системам связи. Применение ветряных установок -- в Европе их более 26 000, позволяет считать, что это явление не имеет определяющего значения в развитии электроэнергетики.

Ветряные электростанции причиняют вред птицам, если размещаются на путях миграции и гнездования.



Производители -- мировые лидеры

VESTAS

NORDEX

PANASONIC

VERGNET

ECOTECNIA

SUPERWIND

География применения

Ветроэлектростанции применяются в странах, имеющих подходящие скорости ветра, невысокий рельеф местности и испытывающих дефицит природных ресурсов. Мировым лидером в использовании ветряных электростанций является Германия, в которой за небольшой промежуток времени построено ~9000 МВт мощности.

Единичная мощность ветроэлектрических станций увеличилась до 3 МВт. В Германии продолжается интенсивное строительство ветряных электростанций. Производство ветряных электростанций стало значительной частью экспорта Дании и Германии.

Производство ветряных электростанций обеспечило работой в Европе 60 000 человек. За рубежом приняты постановления на государственном уровне, содействующие внедрению возобновляемых источников энергии.

Ветряные электростанции в России

В России, за последние десятилетие, построено и пущено в эксплуатацию лишь несколько ветряных электростанций.

В Башкортостане установлены четыре ветряных электростанции мощностью по 550 кВт.

В Калининградской области, смонтировано 19 установок. Мощность парка ветряных электростанций составляет ~5 МВт.

На Командорских островах возведены две ветротурбины по 250 кВт.

В Мурманске вошла в строй ветроустановка мощностью 200 кВт.

Но совокупная мощность ветроэлектростанций России не превысила в 2004 году 12 МВт.

Российская Федерация -- это страна с большой территорией, расположенной в разных климатических зонах, что определяет высокий потенциал использования ветряных электростанций. Технический потенциал составляет более 6200 миллиардов киловатт часов, или в 6 раз превышает всё современное производство электроэнергии в нашей стране.



Геотермальные электростанции

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 0С каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно как для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 0С. Скорость остывания Земля примерно равна 300-350 0С в миллиард лет. Земля содержит 42 х 1012 Вт тепла, из которых 2% содержится в коре и 98% - в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое находится слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Геотермальные ресурсы

Чем глубже скважина, тем выше температура, но в некоторых местах геотермальная температура поднимается быстрее. Такие места обычно находятся в зонах повышенной сейсмической активности, где сталкиваются или разрываются тектонические плиты. Именно поэтому наиболее перспективные геотермальные ресурсы находятся в зонах вулканической активности. Чем выше геотермический градиент, тем дешевле обходится добыча тепла, за счет уменьшения расходов на бурение и качание. В наиболее благоприятных случаях, градиент может быть настолько высок, что поверхностные воды нагреваются до нужной температуры. Примером таких случаев служат гейзеры и горячие источники.

Ниже земной коры находится слой горячего и расплавленного камня называемый магмой. Тепло возникает там, прежде всего, за счет распада природных радиоактивных элементов, таких как уран и калий. Энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа.

Зоны наивысших подземных температур находятся в регионах с активными и молодыми вулканами. Такие «горячие точки» находятся на границах тектонических плит или в местах, где кора настолько тонка, что пропускает тепло магмы. Множество горячих точек находится в зоне Тихоокеанского кольца, которое еще называют «огненное кольцо» из-за большого количества вулканов.

Способы использования геотермальной энергии

Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла широко распространенна в высоких широтах на границах тектонических плит, например в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, сушки одежды и обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 150 0С).

В Калифорнии, Неваде и некоторых других местах геотермальная энергия используется на больших электростанциях, Так, в Калифорнии около 5% электричества вырабатывается за счет геотермальной энергии, в Сальвадоре геотермальная энергия производит около 1/3 электроэнергии. В Айдахо и Исландии геотермальное тепло используется в различных сферах, в том числе и для обогрева жилья. В тысячах домах геотермальные тепловые насосы используются для получения экологически чистого и недорогого тепла.

Источники геотермальной энергии

Сухая нагретая порода - Для того, чтобы использовать энергию в геотермальных электростанциях, содержащуюся в сухой скальной породе, воду при высоком давлении закачивают в породу. Таким образом, расширяются существующие в породе изломы, и создается подземный резервуар пара или горячей воды.

Магма - расплавленная масса, образующаяся под корой Земли. Температура магмы достигает 1 200 0С. Несмотря на то, что небольшие объемы магмы находятся на доступных глубинах, практические методы получения энергии из магмы находятся на стадии разработки.

Горячие, находящиеся под давлением, подземные воды, содержащие растворенный метан. В производстве электроэнергии используются и тепло, и газ.

Принципы работы

В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл). Тип преобразования зависит от состояния среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару. Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию. Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива (также отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива). Это старейшие геотермальные электростанции. Первая такая электростанция была построена в Лардерелло (Италия) в 1904 году, она действует и в настоящее время. Паровая технология используется на электростанции «Гейзерс» в Северной Калифорнии - это самая крупная геотермальная электростанция в мире.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182 °С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается. Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии

Большинство геотермальных районов содержат воду умеренных температур (ниже 200 0С). На электростанциях с бинарным циклом производства эта вода используется для получения энергии. Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Будущее геотермального электричества

Резервуары с паром и горячей водой являются лишь малой частью геотермальных ресурсов. Земная магма и сухая твердая порода обеспечат дешевой, чистой практически неиссякаемой энергией, как только будут разработаны соответствующие технологии по их утилизации. До тех пор, самыми распространенными производителями геотермальной электроэнергии будут электростанции с бинарным циклом.

Чтобы геотермальное электричество стало ключевым элементом энергетической инфраструктуры США, необходимо разработать методы по уменьшению стоимости его получения. Департамент Энергетики США работает с представителями геотермальной промышленности по уменьшению стоимости киловатт-часа до $0,03-0,05. По прогнозам, в ближайшее десятилетие появятся новые геотермальные электростанции мощностью 15 000 МВт.



Энергия солнца

Человек уже давно обеспечивает свои нужды, используя энергию Солнца - для естественного освещения жилищ, нагрева воды, сушки и даже приготовления пищи. Но самым заманчивым способом использования солнечного света остается производство из него электричества. Основным и наиболее эффективным устройством для реализации этой задачи являются солнечные батареи.

Строение солнечных батарей

Солнечная батарея представляет собой одну или несколько плоских панелей, на которых размещены солнечные модули, состоящие в свою очередь из ячеек - фотоэлементов. Такая модульная структура позволяет выбрать подходящие для конкретного случая параметры энергоснабжения, легко корректировать размеры батареи и осуществлять быструю замену сломавшихся элементов.

Принцип работы солнечных батарей

Работа солнечной батареи основана на фотогальваническом эффекте, открытом Александром Эдмондом Беккерелем в 1839 году. Он определил, что энергию солнца можно трансформировать в электричество посредством специальных материалов-полупроводников, названых в дальнейшем фотоэлементами.

Такой способ получения электричества является самым эффективным, так как подразумевает одноступенчатый переход энергии, в отличие от методов, включающих этап термодинамического преобразования - например как в солнечных паровых машинах, где ток вырабатывается за счет расширения нагретого солнцем водяного пара, углекислого газа, или других похожих термопоглощающих веществ.

Строение фотоэлемента

Фотоэлемент состоит из двух слоев с различными типами проводимости и контактов для присоединения к внешней цепи.

Внешний слой, называют еще n (negative) слоем. Он характеризуется электронным типом проводимости, который осуществляется за счет движения свободных электронов, образованных в результате разрушения связей в атоме.

Внутренний, p (positive) слой, имеет дырочный тип проводимости. Он обусловлен наличием в атомах мест с недостающими электронами - «дырками». Эти «дырки» могут свободно перемещаться за счет последовательного перескакивания электронов ¬из атома в атом - на месте перепрыгнувшего электрона образуется дырка, на нее перескакивает электрон из соседнего атома, создавая следующую дырку и так далее.

На границе p и n слоев образуется р-n переход - часть электронов из n-слоя переходит в p-слой, соответственно, количество дырок в n-слое возрастает. Эта взаимная диффузия приводит к образованию контактной разности потенциалов и «запирающего слоя», который, препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу слоев.

Механизм действия

Когда фотон света попадает в n-слой, он поглощается электроном, энергия электрона увеличивается, и он может «перескочить» запирающий слой. В результате, n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой - положительный. Из-за этого, первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника снижается, появляется напряжение внешней цепи, начинает «течь» ток.

Сила тока в фотоэлементе изменяется пропорционально количеству захваченных фотонов. Данный показатель зависит от многих факторов: интенсивности солнечного излучения, площади, которую покрывает фотоэлемент, сроков эксплуатации и, конечно, КПД конструкции, которая к тому же зависит от температуры - при сильном нагревании проводимость фотоэлемента падает.

Материалы

Первый солнечный фотоэлемент был создан в 1883 Чарльзом Фриттсом из селена, покрытого золотом. Но такое сочетание материалов показало невысокие результаты - полупроводник преобразовывал в электричество меньше одного процента солнечного излучения.

Промышленное использование солнечной энергии стало возможным только в 1953 году, когда в лаборатории компании “Bell Telephone”, для обеспечения телефонной станции электричеством, был разработан более чувствительный фотоэлемент на основе кремния. Этот материал и сегодня остается основным на рынке производства фотоэлементов.

Несмотря на то, что кремний - второй по распространенности на Земле элемент и запасы его огромны, изделия из этого материала достаточно дорогие. Это связано с трудоемким процессом очистки элемента от примесей, и, как следствие, высокой ценой на чистый кремний. Потому, сейчас продолжается поиск новых более дешевых материалов, не уступающих по физическим характеристикам и качеству. Перспективными считаются фотоэлементы, изготовленные из соединений меди, индия, селена, галлия, кадмия.



Солнечные модули

Ячейки солнечной батареи (фотоэлементы), объединяют между собой и покрывают слоями защитных прозрачных материалов из стекла, пластмассы, различных типов пленок. Эти вспомогательные конструкции помогают защитить хрупкие устройства от повреждений и загрязнения.

Основной характеристикой солнечного модуля является пиковая мощность, измеряемая в Ваттах (Вт). Эта характеристика показывает мощность модуля в оптимальных условиях - при максимальном солнечном излучении 1 кВт/м2, самой эффективной температуре 25 оC и солнечном спектре на широте 45°(АМ1,5). Но в обычных условиях удается достичь этого показателя крайне редко - освещенность как правило ниже, а модуль нагревается во время работы в солнечный день намного выше указанной температуры - до 60-70 оC.

Благодаря модульности конструкций батареи, ее силу тока и мощность можно отрегулировать под конкретные условия окружающей среды, увеличивая или уменьшая количество модулей из панели.

Фотоэлемент - это «сердце» солнечной батареи, от которой напрямую зависит эффективность производства электричества, сроки службы и условия работы энергоустановки. Одновременно, это и самая дорогая часть, которая значительно влияет на стоимость вырабатываемой электроэнергии и сроки, за которые окупится система.

Сейчас фотоэлементы изготавливают из самых разных материалов, используя широкий набор технологий и подходов к производству. Но единым остается их принцип работы. Он основан на использовании фотогальванического эффекта - повышении разницы потенциалов в полупроводнике с n-p переходом под воздействием воздействии квантов солнечного света.

Все современные фотоэлементы можно объединить в две большие группы - кристаллические кремниевые и тонкопленочные. Ниже, более подробно рассмотрены параметры, достоинства и недостатки основных «представителей» этих классов.

Кристаллические кремниевые - пионеры среди фотоэлементов. Они уже десятки лет успешно обеспечивают энергией большинство космических станций, спутников и исследовательскую технику на других планетах. Кроме того, они до сих пор остаются самыми распространенными на «земном» рынке фотогальваники.

Кремниевые фотоэлементы имеют классическое двухслойное строение. Внутренний слой изготавливают из сверхчистого кристаллического кремния, прошедшего множество этапов обработки, а внешний - из «загрязненного» кремния, полученного путем добавления в точной пропорции к основному материалу примесей, например фосфора.

Не смотря на то, что кремний - второй по распостраненности на земле элемент, в чистом виде он встречается крайне редко. Чаще всего, он образует диоксиды, которые можно увидеть почти везде - это, в первую очередь, самый обычный речной и морской песок, кварц, кремень и другие похожие минералы.

Выделение кремения из соединений - очень дорогой и трудоемкий процесс. Потому, для разных целей изготавливают кремний разных ступеней отчистки. Существует специальный стандарт «солнечного» кремния, подходящего конкретно для производства фотоэлементов. Он, в свою очередь, тоже имеет несколько модификаций - поликристалическую и монокристалическую (следующую ступень «доработки» поликристалического кремния).

Монокристаллические кремниевые элементы обладают самым высоким КПД - 10-16% и длительным сроком службы - более 20 лет (именно столько первым фотоэлектрическим станциям, которые до сих пор успешно работают без снижения продуктивности). Главным их недостатком остается самая высокая цена, которая состоит на 50-70% из стоимости самого кремния. Еще одной проблемой этих элементов остается значительное снижение мощности при облачности или затемнении.

Поликристаллические кремниевые элементы характеризуются более низким КПД - около 11% и сроком службы до 10 лет. Но цена на этот тип фотоэлементов ниже, чем на монокристаллические. К тому же, их мощность меньше зависит от затемнения.

Тонкоплёночные фотоэлементы - современная альтернатива производству дорогостоящего кремния, которая активно начинает захватывать мировой рынок. Дело в том, что высокая цена на фотоэлементы и длительный срок, за который окупается солнечная батарея, являются основными сдерживающими факторами развития солнечной энергетики.

Потому, на смену кристаллическим фотоэлементам, приходят тонкопленочные. Их стоимость почти в два раза ниже, за счет использования меньшего количества материала и выбора в качестве полупроводников новых, более дешевых соединений.

На данный момент самыми распространенными видами тонкопленочных фотоэлементов являются фотоэлементы из аморфного кремния, CIS (CIGS) и CdTe технологии.

Фотоэлементы из аморфного кремния (a-Si) стоят намного дешевле, чем кристаллические за счет снижения количества кремния в конструкции. Такие фотоэлементы представляют собой пленки, со слоем кремния 0,5-1,0 мкм, вместо 300-мкм в кристаллических фотоэлементах. К тому же, существуют дополнительные плюсы -аморфный кремень можно наносить на самые разные поверхности - например, изготовить гнущиеся фотоэлементы для нестандартных элементов крыши или создавать специальные «походные» модули, вероятность «сломать» которые намного меньше. Одно плохо - из-за аморфной структуры, КПД таких фотоэлементов ниже, чем у монокристаллических (около 6-8%).

CIS (CIGS) фотоэлементы. Этот тип фотоэлементов не использует кремний. Основу СIS составляют соединения селена с медью и индием, а в CIGS еще добавляют галлий. Основное их достоинство - самый высокий КПД среди тонкопленочных фотоэлементов (до 11%). К тому же, CIS (CIGS), намного эффективнее кристаллических аналогов при облачной погоде, в утренние и вечерние часы.

CIS и CIGS панели обладают интересным эффектом «светового насыщения» - если их оставить на солнце без подключенной нагрузки, хотя бы на 4 часа, их мощность увеличится на 10%! В то же время, фотоэлементы на основе кремния наоборот, деградируют при долгом воздействии солнечных лучей, от чего снижается их КПД и срок службы.

Возложение больших надежд на CIS/CIGS фотоэлементы можно проиллюстрировать решением компании «Shell» в 2005 году продать свой бизнес по производству монокристаллических кремниевых фотоэлементов и начать разработки с использованием CIS и CIGS материалов.

CdTe фотоэлементы представляют собой соединение кадмия и теллура. Их КПД составляет около 9%. Вообще, кадмий считается токсическим веществом, которое, тем не менее, уже много лет используется в небольших количествах в обычных батарейках. Пороизводители CdTe ячеек утверждают, что доля кадмия в модулях микроскопична и никакой угрозы здоровью и окружающей среде он не представляет. А устаревшие и поломанные модули, можно будет сдавать на переработку самой фирме-производителю.

Кроме описанных типов фотоэлементов, существует множество менее распространенных разработок - это арсенид-галлиевые гетерофотопреобразователи,

CSG (crystalline silicon on Glass) технологии, эксперименты в области сенсибилизированных красок и органических фотоэлементов… Индустрия производства солнечных батарей находится в постоянном поиске и продолжает совершенствовать свою продукцию.

альтернативный источник энергия электростанция



Гидроэнергетические ресурсы и рaзмещение ГЭС

Основными покaзaтелями, позволяющими оценить гидроэнергетический потенциaл регионов, являются водность рек и нaличие знaчительных перепaдов высот рельефa. Совокупность дaнных по объему стокa местных водотоков, крупных трaнзитных рек и aмплитуде рельефa является достaточной для aдеквaтной оценки потенциaльной энергетической мощности рaботы воды нa кaждой территории, если при этом не стaвить зaдaчи рaсчетa мегaвaтт потенциaльной мощности ГЭС (Кaртa 1.).

Нaиболее знaчительными потенциaльными гидроэнергоресурсaми рaсполaгaют регионы средней и восточной Сибири, имеющие горный рельеф, множество мaлых и средних рек, a тaкже тaкие речные гигaнты, кaк Енисей, Aнгaрa, Ленa, Aмур. Нa остaльной территории стрaны по гидроэнергетическому потенциaлу выделяются горные республики Северного Кaвкaзa, зaпaдный мaкросклон Урaльского хребтa и Кольский полуостров. Минимaльным потенциaлом рaсполaгaют зaсушливые рaйоны югa России и рaвнин Зaпaдной Сибири.

Дaнные о производстве гидроэнергии нa душу трудоспособного нaселения соответствующего регионa приведены нa Кaрте 2.

Гидроэнергетический потенциaл нa знaчительной чaсти территории стрaны не используется вообще. В регионaх Сибири лишь Aнгaрский и Енисейский кaскaды ГЭС позволяют использовaть чaсть потенциaлa нaиболее крупных рек.

Нa остaльной территории Сибири использовaние свободной энергии движения воды имеет лишь точечный хaрaктер (Новосибирскaя, Усть-Хaнтaйскaя, Зейскaя, Вилюйскaя ГЭС и др.). Нa европейской территории стрaны мaксимaльно возможное количество электроэнергии извлекaется в нижнем течении Волги, хотя потенциaл гидроэнергетики здесь не столь велик из-зa рaвнинного рельефa. В то же время больший по суммaрной мощности, но дисперсно рaспределенный потенциaл рек Кaвкaзa и зaпaдного Урaлa используется слaбее.

Необходимо подчеркнуть, что энергодефицитное хозяйство Приморья вообще не имеет ГЭС, хотя этот регион рaсполaгaет большими гидроэнергоресурсaми. По-видимому это связaно с крaйним непостоянством режимa рек в условиях муссонного климaтa с регулярно проходящими тaйфунaми, что ведет к существенному удорожaнию строительствa в связи с проблемaми безопaсности.

Плотность нaселения в рaвнинных рaйонaх обычно выше, чем в горных, поэтому зоны с высоким потенциaлом гидроресурсов и территории с нaибольшей численностью потенциaльных потребителей энергии рaзнесены в прострaнстве.

Исключение состaвляет лишь Кaвкaз. Однaко, именно нa примере Кaвкaзa видно, что потенциaл мaлых и средних рек недоиспользуется дaже при столь редком сочетaнии блaгоприятных условий. Сейчaс не принципиaльно, что является тому причиной - технологическaя неэффективность создaния мaлых ГЭС, сейсмическaя опaсность или увлечение “стройкaми векa”. Вaжно, что в стрaне не сложилось технологии проектировaния тaких стaнций, их строительствa, мaссового производствa необходимого оборудовaния и опытa локaльного решения энергетических проблем рaзвития отстaлых регионов. Типичным примером непригодности нaкопленного при создaнии ГЭС-гигaнтов опытa явились гидроэнергетические проекты для слaбо рaзвитых Aлтaя (Кaтунскaя) и Эвенкии (Турухaнскaя). Нaконец, третья группa проблем связaнa с высокой, доходящей до опaсной интенсивностью использовaния гидроэнергопотенциaлa средней и нижней Волги. Несмотря нa геогрaфическую локaльность, этa проблемы вaжнa тем, что зaтрaгивaет зону проживaния огромных мaсс нaселения. В гидроэнергетике рaзвитие ситуaции мaло зaвисит от сочетaний ресурсного потенциaлa и уровня его использовaния.

Создaние новых ГЭС скорее будет зaвисеть от политико-экономической обстaновки и нaличия технических решений для мaлой гидроэнергетики. В этих условиях принципиaльной является роль госудaрствa, кaк крупнейшего зaкaзчикa и инвесторa при создaнии крупных ГЭС. В ближaйшие годы тaкой вaриaнт мaловероятен, но если он и будет рaзвивaться, то скорее всего нa Дaльнем Востоке, где склaдывaется устойчивый энергодефицит. Только госудaрству под силу экстенсивное освоение потенциaлa, имеющегося нa Дaльнем Востоке. Целесообрaзность крупного гидроэнергетического строительствa в этом регионе может быть опрaвдaнa лишь при крупной госудaрственной прогрaмме рaзвития Дaльневосточного рaйонa, кaк стрaтегического форпостa России в Aзиaтско-Тихоокеaнском регионе.

Горaздо больше шaнсов нa реaлизaцию имеют вaриaнты, связaнные с создaнием мaлых ГЭС. Решение технических проблем проектировaния, строительствa и оснaщения мaлых гидростaнций более вероятно в условиях сокрaщения роли госудaрствa в экономике и усиления крупных чaстных компaний и регионов.

В тaкой общеполитической ситуaции рaзвитие мaлой гидроэнергетики возможно в густонaселенных регионaх, имеющих рaзвитой промышленный потенциaл (средний и южный Урaл) или высокую численность нaселения (Северный Кaвкaз). Рaзвитие ситуaции с Волжским кaскaдом ГЭС прогнозируется без особых вaриaнтов.

Остротa сложившегося здесь дисбaлaнсa между низким гидроэнергетическим потенциaлом и мощностью создaнных ГЭС делaет рaзвитие более зaвисимым от хорошо известных природных циклов. Кaскaд волжских ГЭС проектировaлся нa основе дaнных зa влaжные 40-е гг.

В сухие 70-е гг. воды не хвaтaло, ГЭС не вырaбaтывaли проектируемого количествa энергии. Во влaжные 80-е - 90-е гг., нaоборот, нaблюдaлся избыток воды и ГЭС вынуждены были почти круглый год осуществлять aвaрийные спуски.

Грядущaя тепло-сухaя фaзa вызовет еще более резкий спaд производительности и скaчкообрaзный рост зaгрязнений зa счет снижения рaзбaвления и ростa турбулентного перемешивaния в незaполненных водохрaнилищaх огромных мaсс зaгрязненного илa, обрaзовaвшихся зa годы сбросов промышленных стоков и смывa с полей.

Размещено на Allbest.ru