Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

Данный реферат является кратким обзором современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрены нетрадиционные источники электрической энергии. Цель работы - прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике.

Российская энергетика сегодня - это 600 тепловых, 100 гидравлических, 9 атомных электростанций. Есть, конечно, несколько электростанций использующих в качестве первичного источника солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными и гидравлическими станциями.

Нетрадиционные источники энергии

Возобновляемые источники энергии, которые в России получили название нетрадиционных - это солнечное излучение, энергия ветра, энергия малых рек и водотоков, приливов, волн, энергия биомассы (дрова, бытовые и сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства, птицеводства, лесозаготовок, лесной, деревообрабатывающей и целюлёзно-бумажной промышленности), геотермальная энергия, а также рассеянная тепловая энергия (тепло воздуха, воды океанов, морей и водоёмов).

Рисунок 1: Мощность возобновляемых источников энергии, поступающих на землю и направления их использования.

Всё это многообразие сводится, как показано на рисунке 1, к трём глобальным видам источников: энергии Солнца, тепла Земли и энергии орбитального движения планет, причём солнечное излучение по мощности превосходит остальные более чем в 1000 раз. Невозобновляемыми источниками энергии являются нефть, газ, уголь, сланцы. Извлекаемые запасы органического топлива в мире оцениваются следующим образом (млрд.т.у.т):

уголь 4850

нефть 1140

газ 310

всего 6310 При уровне мировой добычи девяностых годов [5] (млрд.т.у.т) соответственно 3,1 - 4,5 - 2,6, всего - 10,3 млрд.т.у.т, запасов угля хватит на 1500 лет, нефти - на 250 лет и газа - 120 лет. Не такая уж блестящая перспектива оставить потомков без энергетического обеспечения. Особенно учитывая устойчивую тенденцию удорожания нефти и газа. И чем дальше, тем более быстрыми темпами. Между тем теоретический потенциал солнечной энергии, приходящий на Землю в течение года, превышает все извлекаемые запасы органического топлива в 10-20 раз. А экономический потенциал возобновляемых источников энергии в настоящее время оценивается в 20 млрд.т.у.т в год, что в два раза превышает объём годовой добычи всех видов органического топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики будущего, не такого уж и далёкого. Повсеместный переход на возобновляемые источники энергии не происходит лишь потому, что промышленность, машины, оборудование и быт людей на Земле сориентированы на органическое топливо. А ещё потому, что некоторые виды возобновляемых источников энергии непостоянны и имеют низкую плотность энергии. До недавнего времени ещё называли и дороговизну возобновляемых источников, но как будет показано ниже, это уже во многом не соответствует действительности. Основное преимущество возобновляемых источников энергии их неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трёх глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетика, экология, продовольствие (табл.1).

Таблица 1: Роль НВИЭ в решении трёх глобальных проблем человечества (энергетика, экология, продовольствие) + положительное влияние, - отрицательное влияние, 0 - отсутствие влияния

Примечания:

1) Водоподъёмные установки на пастбищах и в удалённых населённых пунктах.

2) Орошение земель на базе малых водохранилищ, водоподъёмные устройства таранного типа.

3) Установки для сушки сена, зерна, сельхозпродуктов, фруктов.

4) Водоподъёмные системы, питание охранных устройств на пастбищах.

5) Обогрев теплиц геотермальными водами.

6) Использование золы в качестве удобрения.

7) Получение экологически чистых удобрений в результате сбраживания отходов.

8) Получение дизельного топлива из семян рапса - самообеспечение сельского хозяйства дизельным топливом.

Плюсы и минусы нетрадиционных возобновляемых источниках энергии

Каковы же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных - более крупных - ГЭС только масштабом.

Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространен-ность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

Отрицательные качества - это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

Приливная электростанция Ранс во Франции

Больше неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством этого «энергетического сырья».

Говоря о производстве электроэнергии, следует заметить, что она представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем.

Для малых автономных ветровых и солнечных энергоустановок возможно и целесообразно применение электрохимических аккумуляторов, но при производстве электроэнергии за счет этих нерегулируемых источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Достаточно мощная энергосистема, включающая также ветроэлектрические установки (ВЭУ) или ветроэлектростанции (ВЭС) и солнечные электростанции (СЭС), может компенсировать изменения мощности этих станций. Однако при этом, во избежание изменений параметров энергосистемы (прежде всего частоты), доля нерегулируемых электростанций не должна превышать, по предварительной оценке, 10-15% (по мощности).

Что же касается «бесплатности» большинства видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий в том, что бесплатную энергию способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

Мы намеренно столь подробно останавливаемся на технических и экономических трудностях при использовании НВИЭ, чтобы показать, насколько сложно организовать их крупномасштабное применение. Эта проблема требует системного подхода, который и проявляется во многих странах, и в значительной мере - через уже упомянутую законодательную базу.

Виды возобновляемых источниках энергии

В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых странах доля нетрадиционных источников в энергобалансе составляет единицы процентов. По различным прогнозным оценкам, в которых в настоящее время нет недостатка, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет или превзойдет 10%. Здесь можно дискутировать только о темпах роста данного показателя, но сам факт роста не подвергается сомнению.

Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Как это ни парадоксально, наибольшее применение получил самый изменчивый и непостоянный вид энергии - ветер. Суммарная мировая установленная мощность крупных ВЭУ и ВЭС, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт. Кажущийся парадокс объясняется тем, что удельные капиталовложения в ВЭУ ниже, чем при использовании большинства других видов НВИЭ. Растет не только суммарная мощность ветряных установок, но и их единичная мощность, превысившая 1 МВт.

Во многих странах возникла новая отрасль - ветроэнергетическое машиностроение. По-видимому, и в ближайшей перспективе ветроэнергетика сохранит свои передовые позиции. Мировыми лидерами по применению энергии ветра являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия.

Второе место по объему применения занимает геотермальная энергетика. Суммарная мировая мощность ГеоТЭС составляет не менее 6 ГВт. Они вполне конкурентоспособны по сравнению с традиционными топливными электростанциями. Однако ГеоТЭС географически привязаны к месторождениям парогидротерм или к термоаномалиям, которые распространены отнюдь не повсеместно, что ограничивает область применения геотермальных установок. Наряду с ГеоТЭС, широкое распространение получили системы геотермального теплоснабжения.

Далее следует солнечная энергия. Она используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Преобладающим видом оборудования здесь являются так называемые плоские солнечные коллекторы. Их общемировое производство составляет, по нашим оценкам, не менее 2 млн м2 в год, а выработка низкопотенциального тепла за счет солнечной энергии достигает 5x106 Гкал.

Все активнее идет преобразование солнечной энергии в электроэнергию. Здесь используются два метода - термодинамический и фотоэлектрический, причем последний лидирует с большим отрывом. Так, суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт. Здесь следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов. В США принята еще более масштабная программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. Расходы федерального бюджета на ее реализацию составят 6,3 млрд долларов. Однако пока основное количество автономных фотоэлектрических установок поступает за счет международной финансовой поддержки в развивающиеся страны, где они наиболее необходимы.

Значительное развитие получило направление, связанное с использованием низкопотенциального тепла окружающей среды (воды, грунта, воздуха) с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В ТНУ при расходе единицы электрической энергии производится 3-4 эквивалентные единицы тепловой энергии, следовательно, их применение в несколько раз выгоднее, чем прямой электрический нагрев. Они успешно конкурируют и с топливными установками

Не менее интенсивно развивается использование энергии биомассы. Последняя может конвертироваться в технически удобные виды топлива или использоваться для получения энергии путем термохимической (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологической конверсии. При этом используются древесные и другие растительные, а также органические отходы, в том числе городской мусор, отходы животноводства и птицеводства. При биологической конверсии конечными продуктами являются биогаз и высококачественные экологически чистые удобрения. Это направление имеет значение не только с точки зрения производства энергии. Пожалуй, еще большую ценность оно представляет с позиций экологии, так как решает проблему утилизации вредных отходов.

В последние годы наблюдается возрождение интереса к созданию и использованию малых ГЭС. Они получают во многих странах все большее распространение на новой, более высокой технической основе, связанной, в частности, с полной автоматизацией их работы при дистанционном управлении.

Гораздо меньше развито практическое применение приливной энергии. В мире существует только одна крупная приливная электростанция (ПЭС) мощностью 240 МВт (Ранс, Франция). Еще менее развито использование энергии морских волн. Этот способ использования НВИЭ находится на стадии начального экспериментирования.

Таково в настоящее время положение с использованием НВИЭ в мире. В России же практическое их применение значительно отстает от масштабов, достигнутых в других странах. И это несмотря на такие благоприятные предпосылки, как практически неограниченные ресурсы НВИЭ, достаточно высокий научно-технический и промышленный потенциал в данной области.

О ветроэнергетических установках

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, усанавлива-емым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с вертикальным валом.

КПД достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети, сегодня получили ветроэнергетические установки (ВЭУ) с единичной мощностью от 100 до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500 кВт составляет сегодня около 1200 долл/кВт и имеет тенденцию к снижению.

Расчетная скорость ветра для больших ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра большую часть времени ВЭУ вырабатывает меньшую мощность. Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте не менее 5-7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается номинальная мощность не менее 2000, то такое место благоприятно для установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.

Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для энергоснабжения сравнительно мелких потребителей, могут применяться и в районах с меньшими среднегодовыми скоростями ветра.

Сегодня в некоторых промышленно развитых странах установленная мощность ВЭУ достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5 млн. кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3 % потребляемой страной энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии.

По мере совершенствования оборудования ВЭУ и увеличения объема их выпуска стоимость ВЭУ, а значит и стоимость производимой ими энергии снижаются. Если в 1981 г. стоимость электроэнергии производимой ВЭУ, составляла примерно 30 американских центов за кВт.ч, то сегодня она составляет 6-8 центов.

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности, которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе. Однако в некоторых случаях непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока невелико.

Предлагаемые парусные ветрогенераторы предназначены для бесперебойного снабжения электроэнергией промышленных параметров 380/220/50 владельцев индивидуальных строений, агроферм и предприятий малого бизнеса и т.д. нетрадиционный источник энергия возобновляемый

Предусмотрена возможность самостоятельной сборки ветроэлектростанций из поставляемых комплектов деталей в разных вариантах.

Отличаются от традиционных лопастных ветроустановок дешевизной, абсолютной экологичностью, способностью использовать энергию слабых ветров (2...5м/сек) и все это на фоне полного отсутствия больших вращающихся разнесенных масс, которые обеспечивают довольно высокую степень безопасности для окружающих. К примеру: классическую лопастную вертушку-маломерку нельзя поставить на пасеке из-за вероятности смертоубийства пчел и другой живности. Отсутствуют звуковые возмущения, вибрации и другие отрицательные стороны традиционных ветряных систем.

Гелиоэлектростанции

Гелиоэнергетические программы приняты более чем в 70 странах - от северной Скандинавии до выжженных пустынь Африки. Устройства, использующие энергию солнца, разработаны для отопления, освещения и вентиляции зданий, небоскрёбов, опреснения воды, производства электроэнергии. Такие устройства используются в различных технологических процессах. Появились транспортные средства с "солнечным приводом": моторные лодки и яхты, солнцелеты и дирижабли с солнечными панелями. Солнцемобили, вчера сравниваемые с забавным автоаттракционом, сегодня пересекают страны и континенты со скоростью, почти не уступающей обычному автомобилю.

Концентраторы солнечного излучения. С детства многие помнят, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются : они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.

Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью вогнутого зеркала. Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокус зеркала поместить трубу с водой, то она нагреется. Таков принцип действия солнечных преобразователей прямого действия.

Наиболее эффективно их можно использовать в южных широтах, но и в средней полосе они находят применение. Зеркала в установках используются либо традиционные - стеклянные, либо из полированного алюминия.

Технически концентрацию можно осуществлять с помощью различных оптических элементов- зеркал, линз, световодов и пр., однако при высоких уровнях мощности концентрируемого излучения практически целесообразно использовать лишь зеркальные отражатели.

Основным энергетическим показателем концентратора солнечного излучения является коэффициент концентрации, который определяется как отношение средней плотности сконцентрированного излучения к плотности лучевого потока, падающего на отражающую поверхность при условии точной ориентации на Солнце.

Концентрирующая способность реальных систем значительно ниже Кпред (Кпред = 46 160 ), но также определяется прежде всего геометрией концентратора и угловым радиусом солнечного диска.Существенно на неё влияет и отражательная способность зеркальной поверхности, особенно в случае многократных отражений.

Высокопотенциальные системы концентрации должны иметь конфигурацию, близкую к форме поверхностей вращения второго порядка- парабалоида, эллипсоида, гипербалоида или полусферы.Только в этом случае может быть достигнута плотность излучения, в сотни и тысячи раз превышающая солнечную постоянную.

Наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения имеют форму:

цилиндрического параболоида;

параболоида вращения;

плоско-линейной линзы Френеля.

Парабалоидная конфигурация имеет явное преимущество перед другими формами по величине концентрирующей способности. Поэтому именно они столь широко распространены в гелиотехнических системах.

Оптимальный угол раскрытия реальных парабалоидных концентраторов, в отличие от угла идеального парабалоид. концентратора (45°) , близок к 60°.

Солнечная энергия может непосредственно преобразовываться в механическую. Для этого используется двигатель Стирлинга (двиг. внешнего сгорания, пример-паровоз). Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5 м установить динамический преобразователь, работающий по циклу Стирлинга, получаемой мощности достаточно, чтобы поднимать с глубины 20 метров 2 куб.м. воды в час.

В реальных гелиосистемах плоско-линейная линза Френеля используется редко из-за ее высокой стоимости.

Первые попытки использования солнечной энергии на широкой коммерческой основе относятся к 80-м годам нашего столетия.Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт [5].

Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности, причем, стоимость 1 кВтч энергии - 7...8 центов. Это ниже, чем на большинстве традиционных станций. (Атомные станции США ~ 15 центов за 1Квт. [12]). В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом в дневные часы - солнце. Фирма Loose Industries на солнечно-газовой электростанции в Калифорнии использует систему параболо-цилиндрических длинных отражателей в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем - дифенилом, нагреваемым до 350°С. Желоб поворачивается для слежения за солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как плоские гелиостаты). Это позволило упростить систему слежения за солнцем.

Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива.

Наиболее вероятной "кандидатурой" является водород . Обратный процесс перевода энергии водорода в электроэнергию осуществляется особыми устройствами - топливными элементами.

Отсюда вывод : наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии, которая просматривается сегодня - направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы.

Получение водорода.При электролизе, тем не менее, большая часть электроэнергии теряется в виде тепла при протекании тока через электролит. В установках, работающих по этому принципу, для получения одного кубометра водорода требуется 4...5 киловатт-часов электроэнергии, что довольно дорого - производство эквивалентного по теплотворной способности количества бензина обходится втрое дешевле. Между тем, многие беды в районах газоносных месторождений связаны с выбросами сероводорода или продуктов его переработки в атмосферу. Сероводород часто до сих пор считается вредной примесью, всвязи с чем можно вспомнить историю бензина в начале ХIХ века. Прежде всего, из нефти -"земляного масла", как ее тогда называли, стали выделять очищенные продукты - научились получать керосин и бензин. Керосин нашел применение сразу с появлением керосиновой лампы. Судьба бензина оказалась более сложной. На протяжении почти ста лет эта легковоспламеняющаяся жидкость была одним из опаснейших отходов нефти. Бензина с каждым годом становилось все больше и от него все труднее было избавляться. К началу ХХ века вес уничтожаемого бензина исчислялся сотнями тысяч тонн в год. Объявлялись конкурсы - кто найдет лучший способ уничтожения отходов. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания открыло реальную область применения бензина .

Сейчас в промышленности в лучшем случае сероводород окисляют кислородом воздуха по методу Клаусса, разработанному еще в прошлом веке, и получают при этом серу, а водород связывается с кислородом. Недостаток этого, кстати, весьма дорогостоящего процесса очевиден: из сероводорода извлекают только серу, а водород переходит в воду. Поэтому проводились эксперименты по диссоциации сероводорода в плазме, чтобы на одной стадии получать два продукта: водород и конденсированную серу. Для этого сероводородную плазму заставляют вращаться с околозвуковой скоростью. Образующиеся в плазмотроне частицы серы выносятся при этом из объема реакции за время, недостаточное для осуществления обратной реакции. Центробежный эффект позволяет добиться значительного отклонения плазмохимической системы от термодинамического равновесия и снизить энергозатраты на получение кубометра водорода до десятков ватт. Такой водород оказывается дешевле электролизного примерно в 15 раз, и его уже можно широко использовать в энергетике и в промышленности.

Генераторы на биотопливе

Биогазовая энергетическая установка "ИБГУ-1" При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр.

Иногда по телевизору показывают свинарники и коровники, которые сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счёт того, что имеют несколько больших "чанов", куда сбрасывают большие массы навоза и растительных отходов от животных. В этих герметичных баках навоз гниёт, а выделившийся газ идёт на нужды фермы. Кстати, в конце-концов от навоза остаётся сухой остаток - являющийся прекрасным удобрением для полей.

Много идей посвящено выращиванию быстрорастущих водорослей и загрузке их в такие же биореакторы, а также подобному использованию других органических отходов (стеблей кукурузы, тростника и пр).

Задача удовлетворения потребностей населения, промышленности и сельского хозяйства в электрической и тепловой энергии, особенно в регионах, удалённых от централизованных энергосетей, а также более глобальные проблемы энергообеспечения России в будущем и обеспечения экологической чистоты её территории, приводят к необходимости развития малой и нетрадиционной энергетики.

Заключение

Нетрадиционная энергетика - область хозяйства, науки и техники, охватывающая производство, передачу, накопление и потребление электрической, тепловой и механической энергии, получаемой за счёт использования малых месторождений ископаемых видов топлива - угля, нефти, газа, торфа, имеющих местное значение, и нетрадиционных возобновляемых источников энергии - солнца, ветра, тепла Земли, биомассы, малых рек, морей и океанов, низкопотенциального тепла, а также новых и альтернативных экологически чистых видов топлива. Основой развития этой энергетики являются местные источники всех видов энергии, а обеспечиваемые ими мощности единичных агрегатов электростанций ограничиваются значением 5 МВт при общей мощности до 30 МВт. Комплексное освоение местных ископаемых и нетрадиционных источников энергии позволит решить серьёзные социально-экономические проблемы:

обеспечения бытовых и производственных потребителей на более чем 70% территории России с населением около 22 млн. человек, в настоящее время не охваченных системой централизованного энергоснабжения;

повышения надёжности энергообеспечения всех районов страны за счёт создания резервных источников;

снижения вредных воздействий энергетики на природную среду посредством использования экологически чистых новых и возобновляемых источников энергии и постепенной замены ими традиционных источников с загрязняющими отходами производства. Разведанные запасы местных месторождений угля, нефти и газа в России составляют 8,7 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), а торфа 10 млрд. т.у.т. Потенциальные возможности новых и возобновляемых источников энергии составляют в год:

· энергии Солнца - 2300 млрд. т.у.т.;

· энергии ветра - 26,7 млрд. т.у.т.;

· энергии биомассы - 10 млрд. т.у.т.;

· тепла Земли - 40000 млрд. т.у.т.;

· энергии малых рек - 360 млрд. т.у.т.;

· энергии морей и океанов - 30 млрд. т.у.т.;

· энергии вторичных низкопотенциальных источников тепла - 530 млрд. т.у.т. Эти источники намного превышают современный уровень энергопотребления России, составляющий около 1,2 млрд. т.у.т. в год, что создаёт перспективы полного решения энергетической проблемы в будущем при одновременном решении проблемы экологии. Особенностью современного состояния научно-технических разработок и практического использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии является высокая стоимость получаемой тепловой и электрической энергии по сравнению с традиционными источниками. В то же время существует устойчивая во времени тенденция снижения стоимости нетрадиционных возобновляемых источников энергии, обусловленная научными достижениями в совершенствовании методов их использования, и тенденция повышения стоимости традиционных ископаемых источников энергии, вызванная их истощением и усложнением технологии добычи. Существуют районы страны, где по экономическим и экологическим условиям целесообразно приоритетное развитие малой и нетрадиционной энергетики, в том числе:

зоны децентрализованного энергоснабжения с низкой плотностью населения;

зоны централизованного энергоснабжения с большим дефицитом мощности и значительными потерями в сельскохозяйственном производстве из-за частых отключений энергосети;

города и места массового отдыха населения со сложной экологической обстановкой из-за вредных выбросов в атмосферу промышленных и городских котельных на органическом топливе;

зоны с проблемами энергообеспечения индивидуального жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово-огородных строений. В разработке методов использования новых и возобновляемых источников энергии и технологического оборудования для освоения местных видов топлива Россия имеет крупные результаты на уровне, а в ряде направлений выше, мировых достижений. При этом выявлены большие потенциальные возможности повышения эффективности использования источников и снижения стоимости получаемой тепло- и электроэнергии, что обеспечивает широкие перспективы решения энергетических и экологических проблем в будущем. Однако по объёму научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а тем более по объёму производства оборудования и установок малой и нетрадиционной энергетики, Россия резко отстаёт как от ведущих, так и от большего числа развивающихся стран. Важный новый этап в развитии нетрадиционной и малой энергетики связан с привлечением к разработке и производству современного оборудования крупнейших предприятий и конструкторских бюро, в том числе оборонно-промышленного комплекса. В настоящее время отечественными предприятиями освоено производство широкой номенклатуры оборудования и установок нетрадиционной и малой энергетики, которые могут найти применение и уже используются на практике. В их числе:

ветроэлектрические установки широкого ряда мощностей - от 100 Вт до 1 МВт;

широкая гамма фотопреобразователей и модулей солнечных батарей со сроком службы от 5 до 20 лет, а также их систем с аккумуляторами и инверторами;

тепловые коллекторы, использующие современные материалы для коррозионно-стойких панелей и оптических покрытий;

агрегаты малых и микро-ГЭС различных типоразмеров и мощностей от 5 кВт до 3 МВт, которые вырабатывают электроэнергию в соответствии с требованиями ГОСТа, имеют полную автоматизацию и обеспечивают ресурс не менее 5 лет до капитального ремонта, полный ресурс - не менее 40 лет;

геотермальные тепловые станции блочно-модульного типа тепловой мощностью от 6 до 20 МВт и геотермальные электростанции электрической мощностью от 0,5 до 23 МВт;

биогазовые установки для экологически чистой безотходной переработки различных органических отходов (навоз крупного рогатого скота, помёт птицы, пищевые и твёрдые бытовые отходы), с получением топлива - биогаза (производительностью единичных агрегатов до 450 м3 в сутки) и экологически чистых органических удобрений;

различные серии тепловых насосов теплопроизводительностью от 100 кВт до 4 МВт с высоким отношением (от 3 до 7) получаемой теплоты к электроэнергии, затрачиваемой на привод компрессора. Разработанные и выпускаемые системы нетрадиционной и малой энергетики успешно эксплуатируются в различных регионах России и стран СНГ, поставляются в страны дальнего зарубежья.

Список используемых материалов

http://www.transgasindustry.com

http://www.rodniki.bel.ru

http://www.energosber.74.ru

http://www.priroda.ru

Размещено на Allbest.ru