Зеленые электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зеленые электростанции

Введение

энергетика растение альтернативный

Как известно, неконтролируемый расход ресурсов планеты привел к неутешительным прогнозам. Объем топливных источников значительно сократился за последние десятилетия. При этом потребление не угасает по-прежнему.

Эти выводы привели к появлению множества вопросов в поиске новых естественных источников энергии.

Поэтому все источники энергии подразделяются на две основные группы:

- возобновляемые;

- не возобновляемые.

Поиск новых месторождений и новых видов топлива в настоящее время играет главную роль для обеспечения электроэнергией жизненно важные объекты. Однако новые месторождения также истощаются, а альтернативные источники энергии такие, как энергия ветра и солнца преобразуют энергию лишь при благоприятных условиях и требуют затрат в оснащении и эксплуатации. Это связано с их более высокой нестабильностью и изменением показателей эффективности в процессе работы.

Главное преимущество альтернативной энергии заключается в «чистоте» получаемой и производимой энергии. Ведь она добывается из природных источников: волн, приливов / отливов, толщи Земли. Все природные явления и процессы насыщены энергией. Задача человечества заключается в ее изъятии и преобразовании в электрическую. На данном этапе человечеству пока не стоит беспокоиться о том, что произойдет, если и альтернативная энергия истощится до критических пределов.

1. Классические источники энергии

Добыча ресурсов Земли не прекращается ни на минуту. Ведь практически все органические источники топлива представляют собой богатые источники электроэнергии. При этом человечество привыкло лишь брать, но не восполнять затраченные ресурсы. Поэтому вопрос энергетического истощения Земли не особо взволновал мир, кроме общественности и разных зеленых организаций, которые лишь грозят пальцем, если бросил бумажку на улице или не потушил костер. Поэтому к настоящему времени энергетические корпорации решают задачу лишь в поиске новых месторождений, и экологическая обстановка их заботит лишь тогда, когда в процесс вступает государство. Однако, как известно, новые идеи и реализации не сильно поменяли экологическую обстановку в мире.

Можно сказать, что поиски новых источников идут размеренным шагом: выращиваются энергетические элементы, добываются новые ресурсы для производства энергии. Ведь они также просуществуют относительно недолго. Во всяком такие подходы не могут восполнить требуемые объемы электроэнергии.

Энергетика находится на первом месте в употреблении и преобразовании энергии. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, истощение ресурсов планеты и экономику государств. Очевидно, что темпы потребления энергии в будущем не прекратятся и даже увеличатся. В результате этого возникают следующие вопросы:

- какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

- можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

- каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветре, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

Такой набор вопросов охватывает все сферы человеческой деятельности. Можно сказать, что в настоящее время задача экономико-экологического вопроса поставлена. Время действий.

1.1 Виды классических источников энергии

Все существующие виды энерготоплива в природе подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. В отопительных приборах, для нагрева теплоносителя также применяется тепловое действие электрического тока. Некоторые группы топлива, в свою очередь, подразделяются на две подгруппы, из которых одна подгруппа представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; вторая подгруппа - топливо, которое получается путем переработки или обогащения естественного природного топлива; это называется искусственное топливо.

К твёрдому топливу относят:

а) естественное твёрдое топливо - дрова, каменный уголь, антрацит, торф;

б) искусственное твёрдое топливо - древесный уголь, кокс и пылевидное топливо, которое получается путём измельчения углей.

К жидкому топливу относят:

а) естественное жидкое топливо - нефть;

б) искусственное жидкое топливо - бензин, керосин, дизельное топливо (солярка) мазут, смола.

К газообразному топливу относят:

а) естественное газообразное топливо - природный газ;

б) искусственное газообразное топливо - генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный, попутный и другие газы.

Все виды органического природного топлива состоят из одних и тех же химических элементов. Разница между видами топлива состоит в том, что эти химические элементы содержатся в топливе в разном количестве.

Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы.

1 группа: это те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К подобным элементам топлива относятся углерод, водород и кислород.

2 группа: это те элементы, которые сами не горят и не способствуют горению но они входят в состав топлива; к ним относятся азот и вода.

Особое место от названных элементов занимает сера. Сера является горючим веществом и при горении выделяет определённое количества тепла, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Количество тепловой энергии, которое выделяет топливо при горении, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м³ газообразного топлива, называется как теплотворная способность топлива или теплота сгорания топлива. Теплота сгорания различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплота сгорания составляет около 10000 ккал/кг, для угля 3000 - 7000 ккал/кг. Чем выше теплота сгорания топлива, тем топливо ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива или для производства расчётов расхода количества того или иного топлива применяется общая единица измерения или эталон топлива. В качестве такой единицы принято топливо Московского угля, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условное топливо. Для производства расчётов и сравнения расходов топлива различной теплоты сгорания необходимо знать калорийность топлива. К примеру, при проектировании, когда необходимо сравнить расход угля с расходом мазута и целесообразность строительства угольной или мазутной котельной необходимо учесть поправочный коэффициент на калорийность топлива.

Огромное многообразие ресурсов планеты очевидно, но картина мира не особо меняется.

1.2 Проблемы развития энергетики

Развитие индустриального общества опирается на постоянно растущий уровень производства и потребления различных видов энергии.

Как известно, в основе производства тепловой и электрической энергии лежит, как было сказано выше, процесс сжигания ископаемых энергоресурсов - угля, нефти или газа, а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.

Добыча, обработка и потребление энергоресурсов, металлов, воды и воздуха растет с большими требованиями человечества, при этом их запасы стремительно сокращаются. Особенно остро стоит проблема не возобновляемых органических ресурсов планеты.

Не составляет никакого труда догадаться, что органические ископаемые ресурсы, даже при вероятном замедлении темпов роста энергопотребления, будут в значительной мере израсходованы в самом ближайшем будущем.

Отметим также, что при сжигании ископаемых углей и нефти, обладающих сернистостью около 2,5%, ежегодно образуется до 400 млн. тонн сернистого газа и окислов азота, что составляет 70 кг вредных веществ на каждого жителя Земли в год.

Таким образом, даже сокращение потребления и экономичность полезных ископаемых не сможет помочь избежать энергетической катастрофы. Если в ближайшем будущем планета не станет непригодна для жизни, то критическая нужда в энергоресурсах обеспечена.

Выход остается в поиске и внедрении нескончаемых или возобновляемых источников энергии. Огромную важность играет борьба с отходами и выбросами в атмосферу тонн вредных и смертельно опасных в больших количествах веществ и тяжелых металлов.

Как уже известно, сгорание органического топлива вредно для окружающей среды. В настоящее время разрабатываются системы и устройства очистки выбросов в атмосферу продуктов сгорания. Естественно такие средства стоят дорого. Кроме того, обслуживание систем требует наличия высококвалифицированного персонала.

2. Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии (АИЭ) в настоящее время получили широкое применение. Альтернативная энергетика основана на преобразовании энергии окружающей среды в электрическую. К примерам источников данной энергии являются: Солнце, ветер, морские волны и т.д.

АИЭ являются экологически чистым видом энергии. Кроме того, стоимость производства такой энергии гораздно дешевле, чем классическое производство.

Несмотря на увеличение разработок и эксплуатацию, АИЭ имеют ряд недостатков. В первую очередь, это связано с тем, что установки работают не круглые сутки, а только в определённые этапы времени в зависимости от интенсивности энергетического ресурса. Например, солнечные панели производят энергию лишь в дневное время суток. Причем солнечная активность зависит от времени года. Немаловажной проблемой является установка АИЭ в определенных местах. Например, приливные электростанции устанавливаются в водной среде, геотермальные располагаются в местах вулканической активности.

Если говорить о стоимости, то покупка и установка стоит относительно дорого в силу новизны и отсутствия массового производства.

2.1 Развитие альтернативных источников энергии

Основное достоинство АИЭ - это производство безвредной энергии. Значит, переход на АИЭ может изменить энергетическую и экологическую обстановку в мире. Энергия, получаемая с помощью АИЭ бесплатна.

Наиболее явными из недостатков медленного внедрения данной категории производства энергии являются: недостаточное финансирование и перебои в работе. Это связано с тем, что до сих пор их внедрение и производство является весьма дорогостоящим процессом. Новизна и недостаточная осведомленность для многих организаций также значительна. Многие производители предпочитают вредные и опасные для здоровья и окружающей среды электростанции в силу их надежности и готовности к полноценной работе, чем дорогостоящие и «капризные» системы производства энергии на возобновляемых источниках.

Перебои энергии являются существенным недостатком. Например, производство солнечной энергии возможно лишь в дневное время суток. Поэтому чаще всего вместе с альтернативными источниками энергии устанавливаются все те же вредные производства для компенсации энергоресурсов. При этом лишняя приобретенная энергия накапливается в аккумуляторных батареях.

АИЭ находятся на стадии значительного развития и внедрения. Многие страны уже перешли на них и добывают энергию в огромных количествах. Многие государства благодаря своему территориальному расположению активно используют АИЭ. К таким странам относятся Германия, Япония, США, Индия, Канада, Россия и др.

3. Электричество из растений

Большинство из нас знает из курса физики, что органические тела способны проводить электрический ток и даже производить его в небольших количествах. Объектом исследований стали растения. При воздействии солнечной энергии в телах растений производится хлорофилл (зеленый пигмент), который может отдавать и присоединять электроны.

В настоящее время уже существуют генераторы, которые способны трансформировать солнечную энергию в электрическую.

3.1 Растения как источник электроэнергии

Какую бы часть организма или клетки мы не взяли, она обязательно несет определенную электрическую полярность. Долгое время данную способность рассматривали, как феномен. Однако в последние годы становится все более ясным, что электрическая активность биологических объектов - это очень важная функция, которая играет существенную и весьма универсальную роль в жизнедеятельности организмов.

Несмотря на то, что с электрическими свойствами живых организмов на примере разрядов электрических рыб знакомы еще в Древнем Риме, изучение с практической точки зрения началось с имени итальянского ученого Луиджи Гальвани. В процессе исследований ученый столкнулся c другого - Вольта, который в дальнейшем изобрел источник постоянного тока, который по иронии стал называться гальваническим. В свою очередь, Гальвани окончательно доказал существование биоэлектрических потенциалов, которые принято измерять в вольтах.

Большой интерес к изучению биоэлектрических потенциалов с начала 18 века привел к исследованиям не только на животных, но и растениях, простейших и водорослях (работы Остерхаута, 1927; Камада, 1934; Гунара, 1953; Киношита, 1954).

Результаты исследований привели к следующим фундаментальным положениям:

1) электрическая активность свойственна не только животным, но и всем другим биологическим объектам;

2) многие формы электрической активности, наблюдаемые у животных, имеют место и у других организмов.

В настоящее время изучение электрической активности биологических объектов составляет очень важный раздел физиологии и биофизики. В этой области работает большое число исследователей, как в России, так и за ее пределами.

3.2 Результаты последних разработок

В 1972 году М. Кальвин выдвинул идею создания фотоэлемента, в котором в качестве источника электрического тока служил бы хлорофилл, способный при освещении отнимать электроны от каких-то определенных веществ и передавать их другим. В своих исследованиях Кальвин использовал оксид цинка в качестве проводника, контактирующего с хлорофиллом. Такой фотоэлемент функционировал недолго, так как хлорофилл с большой скоростью терял способность отдавать электроны. В связи с этим упущением был взят дополнительный источник электронов - гидрохинон.

Кроме данного ученого можно выделить японского профессора Фудзио Такахаси. Он использовал хлорофилл, полученный из шпината. Эксперимент показал неплохие результаты: транзисторный приемник, к которому была подключена солнечная батарея успешно работал.

Позднее в отечественной лаборатории были созданы электрические элементы, в которых использовались белковые генераторы электрического тока. В этих элементах имелись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Ученые полагают, что подобные фильтры с белками-генераторами, соединенные последовательно, могут служить в качестве электрической батареи.

Исследования по прикладному использованию белков-генераторов, выполненные в лаборатории В.П. Скулачева, привлекли к себе пристальное внимание ученых. В Калифорнийском университете создали такую же батарею, которая при однократном использовании в течение полутора часов заставляла светиться электрическую лампочку.

На данный момент главенствующую роль в применении органической электрической энергии занимает голландская компания Plant-e. Она использует для этой цели побочные продукты фотосинтеза некоторых водолюбивых растений.

Презентация новой технологии компании Plant-e прошла осенним вечером 2014 года в одном из парков Гамбурга. Проект носил название «Звездное небо» (Starry Sky), и суть его заключалась в том, что 300 обычных светодиодных светильников будут получать электричество от живых растений. Это и было продемонстрировано всем желающим наблюдателям, присутствующим в тот день на презентации. По словам исполнительного директора компании Маржолейн Элдер, один квадратный метр площади сада, оборудованный таким образом, сможет произвести 28 кВт-ч электрической энергии в год, и это вполне пригодно для площадей, скажем в 100 квадратных метров и более, будь то садовый участок, или оборудованные аналогичным образом теплицы.

Пример оборудования

Кроме того данные технологии компания предпринимает использовать в обширных болотах и рисовых полях для производства электроэнергии в промышленных масштабах.

Технология включает в себя аккумулятор, представляющий собой квадратный пластиковый контейнер со стороной 50 см. Контейнер разделен на две части ионоселективной мембраной, через которую происходит движение ионов водорода к катоду. В одной части контейнера расположена аэробная катодная камера, а в другой части - анаэробная анодная камера. К аноду устремляются свободные электроны, которые по внешней цепи передаются на катод. В результате соединения водорода с кислородом в катодной камере образуется вода, и генерируется электрический ток (рис.).

Выводы

В результате выполнения работы установлено, что на протяжении последних десятков лет ученые разных стран пытаются получить электрическую энергию из растений и животных. Обнаружение электричества из организмов находится еще в Древнем Риме. С начала 18 века многочисленные исследования стали подтверждать данный факт. Наиболее популярной в получении энергии стала голландская компания Plant-e, которая не останавливается на своих исследованиях и внедряет их в жизнь.

Литература

1. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/163.html

2. http://energo.kcnti.ru/stati/jelektricheskaja-jenergija-iz-rastenij-zelenye.php

3. http://energo.kcnti.ru/stati/jelektricheskaja-jenergija-iz-rastenij-zelenye.php

4. http://electrik.info/main/news/971-tehnologiya-plant-e-elektrichestvo-iz-rasteniy.html

Размещено на Allbest.ru