Альтернативные источники энергии
Альтернативные источники энергии: ядерная, солнечная, геотермальная, энергия термоядерного синтеза, ветроэнергетика, биомасса. Рациональное использование энергии: аккумулирование, передача электроэнергии. Водород как теплоноситель, магнитогидродинамика.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.02.2016 |
| Размер файла | 36,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Московский государственный юридический университет (МГЮА) имени О.Е. Кутафина»
Кафедра экологического и природоресурсного права
Курсовая работа
Тема: «Альтернативные источники энергии»
Студентки 2 группы, 3 курса
Института прокуратуры
Губайдуллина Карина Шамилевна
Научный руководитель:
Кандидат юридических наук, доцент О.А. Зиновьева
Москва, 2015
Содержание
- Введение
- Основная часть
- 1. Альтернативные источники энергии
- 1.1 Ядерная энергия
- 1.2 Энергия термоядерного синтеза
- 1.3 Солнечная энергия
- 1.4 Геотермальная энергия
- 1.5 Гидроэнергия
- 1.6 Приливная энергетика
- 1.7 Ветроэнергетика
- 1.8 Твердые отходы и биомасса
- 1.9 Топливные элементы
- 2. Рациональное использование энергии
- 2.1 Аккумулирование энергии
- 2.2 Передача электроэнергии
- 2.3 Водород как теплоноситель
- 2.4 Магнитогидродинамика (МГД)
- Заключение
- Список литературы
Введение
В настоящее время человечество вступило в новый этап своего развития, в этап, когда не оно работает на природу, а природа работает на него. Казалось бы, наконец-то жизнь людей больше не зависит от циклов природы, мы научились противостоять природе и лишь изредка она может показать свою мощь в виде разрушительных цунами и землетрясений. Что же может быть в этом плохого?
Радуясь своей победе над стихиями, мы стали забывать, что наша планета - это система, в которой всё взаимосвязано. Что планета кормит нас не только продуктами питания, но и водой, кислородом, полезными ископаемыми.
Появляется некое противоречие, мы стали более независимыми и при этом стремительно опустошаем сокровищницу планеты Земля.
В 70-х гг. прошлого века потребности человечества стали превышать возможности планеты по возобновлению ресурсов. Сейчас, по данным экологов, Земле требуется 1,5 года на воспроизводство того, что человечество потребляет за год.
Существуют три основных вида ископаемых энергоносителей: уголь, нефть и природный газ.
По данным ОПЕК, развивающиеся страны контролируют 2/3 мировых запасов нефти, наиболее необходимого человечеству ресурса, который стремительно истощается. Самая значительная доля мировых запасов нефти находится в Саудовской Аравии и Венесуэле. Россия по данному показателю находится на 8-м месте. При пересчете запасов на душу населения лидером становится Кувейт, за ним следуют ОАЭ и Катар. При текущих объемах доказанных запасов и объемах добычи человечеству хватит нефти не более чем на 50 лет. В России нефть, при текущих объемах добычи, может закончиться уже через 21 год.
По запасам природного газа на первом месте в мире находится Российская Федерация, за ней со значительным отрывом следуют Иран и Катар. При текущих объемах доказанных запасов и объемах добычи данного вида топлива хватит человечеству чуть более чем на 60 лет. В России запасов природного газа при прочих равных условиях хватит почти на 80 лет.
Три четверти мировых запасов каменного угля, составляющих по приближенной оценке 10 трлн. т, приходятся на страны бывшего СССР, США и КНР.
Хотя угля на Земле гораздо больше, чем нефти и природного газа, его запасы не безграничны. В 1990-х годах мировое потребление угля составляло более 2,3 млрд. т в год. В отличие от потребления нефти, потребление угля существенно увеличилось не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. По существующим прогнозам, запасов угля должно хватить еще на 420 лет. Но если потребление будет расти нынешними темпами, то его запасов не хватит и на 200 лет.
Как оказалось, ископаемые энергоресурсы не бесконечны. Что же делать человечеству, когда последняя нефтяная буровая станция и шахта по добыче каменного угля закроется? Откуда брать энергию?
Целью моей курсовой работы является изучение альтернативных источников энергии, за которыми стоит будущее всего человечества.
1. Альтернативные источники энергии
Источники энергии -- «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию»Прозоров Л.Л. Энциклопедический словарь "Геоэкология". - Москва: Научный мир, 2008. - 25 с..
Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, такие как нефть, газ и каменный уголь.
Основная причина поиска альтернативных источников энергии заключается в истощаемости традиционных источников, а также в их вреде для окружающей среды. Сгорая, уголь, нефть и газ выделяют в атмосферу большое количество углекислого газа, который нарушает сбалансированность атмосферы и может являться причиной так называемого «парникового эффекта». Всем известный факт, что даже транспортировка нефти может угрожать окружающему миру, разливаясь в водоем, нефть образует пленку на поверхности воды, так как её плотность меньше плотности воды. При этом нарушается воздухообмен между гидросферой и атмосферой, а сама нефть токсична для всего живого.
Обычно к альтернативным источникам энергии относят следующие ее виды:
· Солнечная энергия;
· Геотермальная энергия;
· Гидроэнергия;
· Приливная энергетика;
· Ветроэнергетика;
· Твердые отходы и биомасса;
· Топливные элементы.
Также в своей курсовой работе я хотела бы разобрать такие источники энергии, как ядерная энергия и энергия термоядерного синтеза, которые по своей сути альтернативными назвать нельзя, но, не смотря на это, на них также можно будет опираться в необозримом будущем.
1.1 Ядерная энергия
Ядерная энергия (атомная энергия) -- энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях и радиоактивном распаде.
В настоящее время из всех источников ядерной энергии наибольшее практическое применение имеет энергия, выделяющаяся при делении тяжёлых ядер. В условиях дефицита энергетических ресурсов ядерная энергетика на реакторах деления считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия. На атомных электрических станциях ядерная энергия используется для получения тепла, используемого для выработки электроэнергии и отопления. Ядерные силовые установки решили проблему судов с неограниченным районом плавания (атомные ледоколы, атомные подводные лодки, атомные авианосцы).
Основным источником ядерной энергии являются такие радиоактивные элементы как уран и плутоний.
В 1995 более или менее достоверные мировые запасы урана оценивались в 1,5 млн. т. Дополнительные ресурсы оценивались в 0,9 млн. т. Крупнейшие из известных источников урана находятся в Северной Америке, Австралии, Бразилии и Южной Африке. Считается, что большими количествами урана обладают страны бывшего Советского Союза.
В 31 стране мира эксплуатируется 193 атомные электростанции с 438 энергоблоками общей электрической мощностью 375 504 МВт. 71 энергоблок находятся на стадии сооружения.
Однако ядерные реакторы бывают разных типов:
· водо-водяной ядерный реактор;
· корпусной кипящий реактор;
· тяжеловодный ядерный реактор;
· газоохлаждаемый реактор;
· графито-водный ядерный реактор;
· реактор-размножитель на быстрых нейтронах;
· высокотемпературный газоохлаждаемый реактор;
· тяжеловодный газоохлаждаемый реактор;
· тяжеловодный водоохлаждаемый реактор и кипящий тяжеловодный реактор.
Ядерный реактор-размножитель обладает чудесной способностью, вырабатывая энергию, в то же время производить еще и новое ядерное топливо. К тому же он работает на более распространенном изотопе урана 238U (преобразуя его в делящийся материал плутоний). Считается, что при использовании реакторов-размножителей запасов урана хватит не менее чем на 6000 лет. По-видимому, это ценная альтернатива ядерным реакторам нынешнего поколения.
Даже самые строгие критики атомной энергетики не могут не признать, что в легководных ядерных реакторах ядерный взрыв невозможен. Однако существуют другие четыре проблемы: возможность (взрывного или приводящего к утечке) разрушения защитной оболочки реактора, радиоактивные выбросы (низкого уровня) в атмосферу, транспортировка радиоактивных материалов и длительное хранение радиоактивных отходов. Если активную зону реактора оставить без охлаждающей воды, то она быстро расплавится. Это может привести к взрыву пара и выбросу в атмосферу радиоактивных «осколков» ядерного деления. Правда, разработана система аварийного охлаждения активной зоны реактора, которая предотвращает расплавление, заливая активную зону водой в случае аварии в первом контуре реактора.
Однако действие такой системы исследовалось в основном путем компьютерного моделирования. Обстоятельная проверка некоторых результатов моделирования проводилась на небольших опытных реакторах в Японии, Германии и США. Самым слабым местом используемых компьютерных программ являются, по-видимому, предположения о том, что отказать может не более одного узла сразу и что ситуацию не усложнит ошибка оператора. Оба эти предположения оказались неверными в самой серьезной из аварий, происшедших на АЭС в США.
28 мая 1979 в Три-Майл-Айленде близ Гаррисберга (шт. Пенсильвания) отказ оборудования и ошибка оператора привели к выходу из строя реактора с частичным расплавлением его активной зоны. Небольшое количество радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу. Через семь лет после аварии Министерству энергетики США удалось извлечь разрушенную сборку активной зоны для обследования. Ущерб, нанесенный жизням людей и их собственности за пределами территории АЭС, был незначителен, но из-за этой аварии у общественности сложилось неблагоприятное мнение о безопасности реактора.
В апреле 1986 произошла гораздо более серьезная авария на Чернобыльской АЭС в Советском Союзе. Во время плановой остановки одного из четырех графитовых кипящих реакторов неожиданно резко повысилась выходная мощность и в реакторе образовался газообразный водород. Взрыв водорода разрушил здание реактора. Частично расплавилась активная зона, загорелся графитовый замедлитель, и произошел выброс огромных количеств радиоактивных веществ в атмосферу. Два работника погибли при взрыве, не менее 30 других вскоре умерли от лучевой болезни. До 1000 человек были госпитализированы из-за облучения. Около 100 000 человек в Киевской, Гомельской и Черниговской областях получили большие дозы излучения. Оказались сильно загрязненными почва и вода в регионе, в том числе огромное Киевское водохранилище. После того как пожар был погашен, поврежденный реактор был закрыт «саркофагом» из бетона, свинца и песка. Радиоактивность, связанная с этой аварией, была зарегистрирована даже в Канаде и Японии. Уровень радиоактивности, измеренный в Париже, был, как утверждают, сравним с радиоактивным фоном в 1963, до подписания Соединенными Штатами и Советским Союзом договора о прекращении испытаний ядерного оружия в атмосфере.
Деление ядер - не идеальное решение проблемы энергоресурсов. Более перспективной в экологическом плане представляется энергия термоядерного синтеза.
1.2 Энергия термоядерного синтеза
Такую энергию можно получать за счет образования тяжелых ядер из более легких. Этот процесс называется реакцией ядерного синтеза. Как и при делении ядер, небольшая доля массы преобразуется в большое количество энергии. Энергия, излучаемая Солнцем, возникает в результате образования ядер гелия из сливающихся ядер водорода. На Земле ученые ищут способ осуществления управляемого ядерного синтеза с использованием небольших, поддающихся контролю масс ядерного материала.
Дейтерием D и тритием T называются тяжелые изотопы водорода 2H и 3H. Атомы дейтерия и трития необходимо нагреть до температуры, при которой они полностью диссоциировались бы на электроны и «голые» ядра. Такая смесь несвязанных электронов и ядер называется плазмой. Для того чтобы создать реактор термоядерного синтеза, нужно выполнить три условия. Во-первых, плазма должна быть достаточно сильно нагрета, чтобы ядра могли сблизиться на расстояние, необходимое для взаимодействия. Для дейтерий-тритиевого синтеза необходимы очень высокие температуры. Во-вторых, плазма должна быть достаточно плотной, чтобы в одну секунду происходило много реакций. И в-третьих, плазма должна достаточно долго удерживаться от разлетания, чтобы могло выделиться значительное количество энергии.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ведутся в двух основных направлениях. Одно из них - удержание плазмы магнитным полем, как бы в магнитной бутылке. Второе (метод инерционного удержания плазмы) - очень быстрое нагревание лучом мощного лазера (см. ЛАЗЕР) дейтерий-тритиевой крупинки (таблетки), вызывающее реакцию термоядерного синтеза в форме управляемого взрыва.
1 м3 морской воды в принципе может дать столько же энергии, как и 200 т нефти-сырца. Таким образом, мировой океан представляет собой практически неограниченный источник энергии.
В настоящее время ни методом магнитного, ни методом инерционного удержания плазмы еще не удалось создать условия, необходимые для термоядерного синтеза. Хотя наука неуклонно движется по пути все более глубокого понимания основных принципов реализации обоих методов, в мире нет ни одной термоядерной электростанции.
1.3 Солнечная энергия
У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.
Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.
Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.
Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 80 странах.
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:
· фотовольтаика -- получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;
· гелиотермальная энергетика -- нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP -- Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч солнца. Этот луч солнца используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения энергии. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин:
· двигатель Стирлинга, тепловая машина, в которой рабочее тело, наполненное газом или жидкостью, движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла;
· термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
· солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество -- запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.
Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов -- или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно.
1.4 Геотермальная энергия
Геотермальная энергетика -- направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.
Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика.
Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.
Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.
Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.
Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.
Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.
1.5 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.
Первый широко используемый для целей вид энергии.
До середины XIX века для этого применялись водяные колёса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала. Позднее появились более быстроходные и эффективные гидротурбины.
До конца XIII века энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например, для размола зерна на водяных мельницах или для приведения в действие кузнечных мехов и молота. Сейчас практически вся механическая энергия, создаваемая гидротурбинами, преобразуется в электроэнергию.
Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.
На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.
Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США - Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
· мощные -- вырабатывают от 25 МВт и выше;
· средние -- до 25 МВт;
· малые гидроэлектростанции -- до 5 МВт.
Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
· высоконапорные -- более 60 м;
· средненапорные -- от 25 м;
· низконапорные -- от 3 до 25 м.
Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
· Русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое;
· Приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
· Деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние -- спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида -- безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище -- такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
· Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.
У использования гидроэнергии есть свои преимущества, это очень дешевый возобновляемый энергетический ресурс, который не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.
Недостатками же является опасность затопления пахотных земель, удаленность энергоносителя от энергопотребилетей, так как строительство ГЭС ведется только там, где есть большие запасы энергии воды. Также использование гидроэнергии ведет к экологическим проблемам: сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
1.6 Приливная энергетика
Приливная электростанция (ПЭС) -- особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции 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.
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). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.
В СССР (России) c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляла 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире -- проектная мощность 87 ГВт.
Существуют ПЭС и за рубежом -- во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.
Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками -- высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.
Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.
1.7 Ветроэнергетика
Ветроэнергетика -- отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2015 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 369 гигаватт.
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.
1.8 Твердые отходы и биомасса
Примерно половину твердых отходов составляет вода. Легко собрать можно лишь 15% мусора. Самое большее, что могут дать твердые отходы, - это энергию, соответствующую примерно 3% потребляемой нефти и 6% природного газа. Следовательно, без радикальных улучшений в организации сбора твердых отходов они вряд ли дадут большой вклад в производство электроэнергии.
На биомассу - древесину и органические отходы - приходится около 14% полного потребления энергии в мире. Биомасса - обычное бытовое топливо во многих развивающихся странах.
Были предложения выращивать растения (в том числе и лес) как источник энергии. Быстрорастущие водяные растения способны давать до 190 т сухого продукта с гектара в год. Такие продукты можно сжигать в качестве топлива или пускать на перегонку для получения жидких или газообразных углеводородов. В Бразилии сахарный тростник был применен для производства спиртовых топлив, заменяющих бензин. Их стоимость ненамного превышает стоимость обычных ископаемых энергоносителей. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может быть восполняемым. Необходимы дополнительные исследования, особенно быстрорастущих культур и их рентабельности с учетом затрат на сбор, транспортировку и размельчение.
1.9 Топливные элементы
Топливный элемент -- электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне -- в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе.
Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.
Естественным топливным элементом является митохондрия живой клетки. Митохондрии перерабатывают органическое «горючее» -- пируваты и жирные кислоты, синтезируя АТФ -- универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в живых организмах, одновременно создавая разность электрических потенциалов на своей внешней мембране. Однако копирование этого процесса для получения электроэнергии в промышленных масштабах лишено смысла, так как на долю электрической разности потенциалов приходится ничтожная доля химической энергии исходных веществ: почти вся энергия передаётся молекулам АТФ.
Топливные элементы как преобразователи химической энергии топлива в электроэнергию характеризуются более высоким КПД, нежели теплоэнергетические устройства, основанные на сжигании. Если КПД типичной электростанции, сжигающей топливо, не превышает примерно 40%, то КПД топливного элемента может достигать 85%. Правда, пока что топливные элементы относятся к дорогостоящим источникам электроэнергии.
альтернативный энергия аккумулирование магнитогидродинамика
2. Рациональное использование энергии
Хотя в мире пока еще не ощущается нехватки энергоресурсов, в предстоящие два-три десятилетия возможны серьезные трудности, если не появятся альтернативные источники энергии или не будет ограничен рост ее потребления. Очевидна необходимость более рационального использования энергии. Имеется ряд предложений по повышению эффективности аккумулирования и транспортирования энергии, а также по более эффективному ее использованию в различных отраслях промышленности, на транспорте и в быту.
2.1 Аккумулирование энергии
Нагрузка электростанций изменяется на протяжении суток; происходят также ее сезонные изменения. Эффективность работы электростанций можно повысить, если в периоды провала графиков энергетической нагрузки затрачивать излишек мощности на перекачку воды в большой резервуар. Затем в периоды пиковой нагрузки можно выпускать воду, заставляя ее вырабатывать на ГАЭС дополнительную электроэнергию.
Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.
2.2 Передача электроэнергии
Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление - сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10 000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см. Установлено, что некоторые керамические материалы становятся сверхпроводящими при не очень низких температурах, достижимых с помощью обычной холодильной техники. Это удивительное открытие могло бы привести к важным новациям не только в области передачи электроэнергии, но и в области наземного транспорта, компьютерной техники и техники ядерных реакторов.
2.3 Водород как теплоноситель
Водород - это легкий газ, но он превращается в жидкость при -253° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.
Водород можно было бы без особых трудностей транспортировать по трубопроводам для природного газа. Можно также хранить его в жидком виде в криогенных резервуарах. Водород легко диффундирует в некоторые металлы, например титан. Его можно накапливать в таких металлах, а затем выделять, нагревая металл.
2.4 Магнитогидродинамика (МГД)
Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД. Теоретически КПД таких генераторов может достигать 50-60%, что означало бы до 20% экономии по сравнению с современными электростанциями на ископаемых энергоносителях. Кроме того, МГД-генераторы дают меньше сбросной теплоты.
Дополнительное их преимущество состоит в том, что они в меньшей степени загрязняли бы атмосферу выбросами газообразных оксидов азота и соединений серы. Поэтому МГД-электростанции могли бы, не загрязняя окружающей среды, работать на углях с повышенным содержанием серы.
Серьезные исследования в области МГД-преобразователей ведутся в Японии, Германии и особенно в России. Так, например, в России была запущена малая МГД-установка мощностью 70 МВт на природном газе, которая служила также опытной для создания электростанции на 500 МВт. В США разработки ведутся в меньших масштабах и в основном в направлении систем, работающих на угле. В течение 500 ч непрерывно проработал МГД-генератор мощностью 200 МВт, построенный фирмой «Авко Эверетт».
Заключение
При изучении альтернативных источников энергии, можно сделать выводы о том, что человечество не будет нуждаться в энергии после того, как иссякнут нефть, газ и каменный уголь. Однако, чтобы использование ядерной энергии, энергии термоядерного синтеза, солнечной энергии, геотермальной энергии, гидроэнергии, приливной энергии, ветроэнергии, энергии твердых отходов и биомассы и использование топливного элемента стало эффективным, реальным, безопасным надо сделать огромный шаг в области науки, надо сделать эту энергию более доступной.
И самое главное, на мой взгляд, что нельзя опираться лишь на один какой-то вид энергии, необходимо будет создать огромный энергетический комплекс, в котором все вышеуказанные виды энергии будут дополнять друг друга.
Таким образом, будущее у человечества есть, и оно заключается в разработке и использовании альтернативных источников энергии.
Список литературы
Литература
1. Энергетические ресурсы СССР, тт. 1-2. М., 1968;
2. Антропов П.Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. М., 1974;
3. Одум Г., Одум Е. Энергетический базис человека и природы. М., 1978;
4. Бигон М. Экология.- М.: Мир, 2003;
5. Кормилицын М. С. Основы экологии. - М.: МПУ, 2002;
6. Воронцов А. И., Щетинский Е. А., Никодимов И. Д. Охрана природы. - М.: Агропромиздат, 2004;
7. Макевнин С. Г., Вакулин А. А.. Охрана природы. - М.: Агропромиздат, 2002;
8. Экология и природопользование. Учебник / Под ред. Алескина А.А. - М.: Инфра-М, 2003;
9. Экология. Учебник. Е.А.Криксунов. - М.: Инфра-М, 2005;
10. Прозоров Л.Л. Энциклопедический словарь "Геоэкология". - Москва: Научный мир, 2008.
Интернет-ресурсы
1. http://ru.wikipedia.org/
2. http://www.webarhimed.ru
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Ветроэнергетика, солнечная энергетика и гелиоэнергетика как альтернативные источники энергии. Нефть, уголь и газ как основные источники энергии. Жизненный цикл биотоплива, его влияние на состояние природной среды. Альтернативная история острова Самсо.
презентация [158,1 K], добавлен 15.09.2013Солнечная, ветряная, геотермальная энергия и энергия волн. Использование альтернативной энергии в России. Исследование параметров солнечной батареи и нестандартных источников энергии. Реальность использования альтернативной энергии на практике.
реферат [3,8 M], добавлен 01.01.2015Альтернативные источники энергии. Понятие и экономические аспекты ветроэнергетики, мощность ветрогенератора. Приливная электростанция, энергия волн, приливов и течений. Типы солнечных электростанций, фотобатареи. Понятие геотермальной энергетики.
презентация [19,5 M], добавлен 16.03.2011Проблемы энергетики. Атомная энергетика. Нефть и уголь. Проблемы развития. Альтернативные источники энергии. Основные причины перехода к АИЭ. Энергия солнца. Ветер. Водород. Управляемый термоядерный синтез. Гидроэнергия. Геотермальная.
курсовая работа [39,3 K], добавлен 09.09.2007География мировых природных ресурсов. Потребление энергии как проблема устойчивого развития. Общая характеристика альтернативных источников энергии: солнечная, ветряная, приливная, геотермальная энергия и энергия, получаемая при сжигании биомассы.
презентация [1,2 M], добавлен 08.12.2012Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012Мир ищет энергию. Альтернативные источники энергии. Ветровая энергия. Хранение ветровой энергии. Энергия рек. Геотермальная энергия. Гидротермальные системы. Горячие системы вулканического происхождения. Системы с высоким тепловым потоком.
дипломная работа [641,4 K], добавлен 05.02.2003Ветроэнергетика: история развития, ветер как источник энергии. Принципы преобразования энергии и работы ветродвигателя. Энергия Мирового океана: альтернативная океаническая энергетика, тепловая энергия океана-идеи Д'Арсонваля и работы Клода.
дипломная работа [313,6 K], добавлен 02.11.2007Энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза как новые источники энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую посредством использования фотоэлементов. Использование ветродвигателей различной мощности. Спирт, получаемый из биоресурсов.
реферат [20,0 K], добавлен 16.09.2010Существующие источники энергии. Мировые запасы энергоресурсов. Проблемы поиска и внедрения нескончаемых или возобновляемых источников энергии. Альтернативная энергетика. Энергия ветра, недостатки и преимущества. Принцип действия и виды ветрогенераторов.
курсовая работа [135,3 K], добавлен 07.03.2016
