Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДВФУ)

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

КАФЕДРА ГИДРОТЕХНИКИ, ТЕОРИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Реферат на тему:

«Развитие чистой энергетики. Перспективные технологии в области чистой энергетики»

энергетика солнечный двигатель ветровой

Выполнил

Студент: С3507б: Нечунаев Н.А.

Подпись _________________

Проверил

пр. Шмыков А.А.

Подпись _________________

г. Владивосток-2018

Оглавление

Введение

1 Энергия солнца

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов

Гелиотермальная энергетика

Другие способы использования солнечной энергию

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

2 Ветровая энергии

Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения

Другие способы использования ветровой энергии

Достоинства и недостатки ветрогенераторов

3 Геотермальная энергия

Геотермальные электростанции

Тепловые насосы

Преимущества и недостатки геотермальной энергетики

4 Биогазовая энергетика

Получение биогаза

Достоинства и недостатки биогаза

5 Энергия морских волн

Энергия морских волн прямо со дна

Плавающий генератор электроэнергии

CorPower -волновая электростанция

6 Другие способы использования чистой энергии

Движения тела в электричество

Шаги в электричество

Термоэлектрическая краска

Заключение

Список используемых источников

Введение

Возобновляемые источники энергии - это виды энергии, непрерывно возобновляемые в биосфере Земли. К ним относится энергия солнца, ветра, воды (в том числе сточных вод), исключая применения данной энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях. Энергия приливов, волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов. Геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей. Низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с применением особых теплоносителей. Биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива. А также биогаз; газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов.

Теоретически возможна и энергетика, основанная на использовании энергии волн, морских течений, теплового градиента океанов (ГЭС установленной мощностью более 25 МВт). Но пока она не получила распространения.



1 Энергия солнца

Солнечная энергетика - использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов

Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов

Преобразование энергии в фотоэлементах основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Стоит отметить, что команда ученых из Имперского колледжа в Лондоне под руководством доктора Николаса Хилтона в ходе проведенных исследований и испытаний солнечных элементов, обнаружила, что эффективность последних в значительной степени можно повысить, внедрив на их активную поверхность алюминиевые цилиндрические выступы.

Причем основная цель исследований состояла не в том, чтобы максимально увеличить эффективность солнечных батарей, а в том, чтобы сократить затраты на их производство. Дело в том, что больше половины себестоимости панели приходится на поглощающий слой. Именно в этом слое фотоны, сталкиваясь с атомами материала, приводят к появлению свободных электронов (электрического тока). Чем толще этот слой, тем дороже он обходится производителям альтернативных источников энергии. Но если уменьшить (сделать более тонким) этот слой, то пропорционально уменьшается и эффективность всей солнечной панели.

Так вот, британские исследователи нашли способ, как сделать поглощающий слой тоньше, при этом, не уменьшая его эффективности. Раньше они экспериментировали с золотыми и серебряными наноструктурами. По идее свет должен был отражаться от шипов и лучше поглощаться активным слоем, вырабатывая больше электрической энергии. Но как показали эксперименты, золото и серебро наоборот больше поглощают, чем отражают фотоны. При использовании этих материалов эффективность батареи падала, вместо того чтобы повышаться.

Затем ученые решили попробовать использовать шипы из алюминия. Оказалось, что более дешевый алюминий хорошо отражает и перенаправляет фотоны на поглощающий слой.

Другие инженеры, в частности из компании Insolight представили свой проект по повышению эффективности солнечных панелей. Уникальность новой разработки швейцарцев в том, что они использовали недорогостоящие стеклянные линзы, а обычный тонкий пластик, устанавливаемый сверху над активным слоем панели.

Правда сам пластик имеет не совсем обычную структуру. Ведь как ни крути, а солнечный свет можно сконцентрировать только при помощи линзы. Поэтому инженеры создали крошечные линзы (диаметром в несколько мм) прямо в структуре пластика. Для этого они отливали листы пластика под давлением, в результате чего в структуре образовались миниатюрные пузырьки.

Сам пластиковый лист легко крепиться к металлической раме уже созданной ранее солнечной панели. То есть его можно использовать как для улучшения эффективности новых солнечных батарей, так и для разработанных ранее.

Разработчики говорят, что использование тонкого пластика позволит захватить до 100 % попадающего на панель солнечного света. Правда этот показатель сильно зависит от угла самого светила, а значит от географических координат местности, где используются фотоэлементы.

Так или иначе, но пластик действительно увеличивает эффективность солнечных батарей. Этот факт был подтвержден независимой экспертизой, которую провели исследователи из Института Фраунгофера.

Более того, исследователи из Университета штата Мичиган создали солнечные коллекторы, которые по прозрачности не уступают обычному оконному стеклу. В будущем их можно будет устанавливать не только вместо оконного стекла, но и в дисплеи смартфонов и планшетных ПК, чтобы использовать в качестве генераторов электрической энергии.

В отличие от стандартных фотоэлементов, которые для выработки электрической энергии, в основном, используют солнечный свет видимой части спектра, новые прозрачные солнечные коллекторы при помощи микроскопических органических молекул поглощают свет только определенной длины волны, из невидимого для человеческого глаза спектра.

Накопленная энергия фотонов при помощи установленных по периметру коллектора пластиковых фотоэлементов сразу же преобразуется в электрическую энергию. Исследователи говорят, что новый материал, в зависимости от состава и вида активных молекул, может быть настроен на разные длины волн из ультрафиолетовой и ближней к видимому свету инфракрасной области.

На данном этапе ученым удалось достичь энергетической эффективности новых прозрачных солнечных коллекторов всего в 1 %, но они уверены, что будущем смогут повысить этот показатель до 7 %.

А вот исследователи из Китая создали фотоэлемент, который способен вырабатывать электричество не только из солнечного света, но и из капель дождя.

Новая солнечная батарея создана на основе достаточно перспективного материала, который уже несколько лет используется в электронике. Это графен. Среди его многочисленных полезных свойств они использовали хорошую проводимость, позволяющую электронам свободно перемещаться по всей поверхности материала.

Китайские ученые обнаружили, что под воздействием воды в графене происходит так называемая реакция Льюиса - связывание пары положительно заряженных ионов с парой отрицательно заряженных частиц - электронов. Это свойство и вдохновило команду разработать новую конструкцию фотоэлемента, который сможет работать и под дождем.

Ученым удалось создать двуслойную структуру с электрически разделенными слоями - между ними находится очень тонкий диэлектрик. В солнечную погоду первый слой работает как обычная солнечная батарея, созданная на основе такого популярного полупроводника как кремний. Но если начинает идти дождь, в первом слое происходит связывание положительных и заряженных частиц. Второй же слой остается сухим, поэтому в нем распределение заряженных частиц не меняется. В результате такого несоответствия электрических свойств обоих слоев, между ними возникает разность потенциалов, а это собственно то, что и нужно для генерации электрического напряжения. А если батарею включить в электрическую цепь, то через нее потечет и ток.

Испытания показали, что новый фотоэлемент в дождь способен генерировать напряжение в несколько сотен микровольт. Его коэффициент полезного действия составляет почти 7 %. Это, конечно же, мало по сравнению с аналогичным показателем работы солнечной батареи в солнечную погоду, но намного лучше, чем вообще ничего.

Китайские исследователи полагают, что при должном внимании к новой технологии эффективность батареи можно будет существенно увеличить. Например, можно «поиграться» с материалами, делая первый слой графеновым, а второй из какого-нибудь другого материала.

Солнечные панели в виде тротуарной плитки

Последние пару лет новаторы из Будапешта разрабатывали автономные модульные солнечные панели, чтобы их можно было укладывать точно также как тротуарную плитку на дорогу, и по ним можно было бы спокойно ходить. В принципе воплотить данную идею не так уж и сложно. Главное подобрать износостойкое и в тоже время прозрачное покрытие для фотоэлементов.

Именно так и поступили венгры. Каждая фотопанель покрыта высокопрочным противоскользящим стеклом и содержит все необходимое чтобы легко подключаться к другой такой же панели.

Тестовые панели в рамках проверки работоспособности нового проекта уже установлены в одном из парков Будапешта. Вырабатываемая ими электроэнергия будет использоваться для зарядки электронных гаджетов посетителей парка посредством встроенных портов в лавочки и беседки. Однако венгерские изобретатели на этом останавливаться не собираются.

Солнечная батарея в море

Почему бы не вынести в море и солнечные электростанции? Такой вопрос задали себе инженеры из Венского технологического университета. Они разработали конструкцию новой плавучей системы Heliofloat, каждая платформа которой способна разместить фотопанель размером 100 на 100 метров.

Проблема солнечных электростанций в том, что они занимают слишком много места на суше и к тому же их перемещение из одного места в другое (в случае необходимости) является проблематичным.

Правда и морская пучина также не лучший вариант решения данного вопроса, поскольку идеально ровная водная гладь природных водоемов нашей планеты не редко в считанные минуты способна превратиться в бушующие волны, высотой в несколько метров. Как в этом случае уберечь солнечную панель от повреждения и при этом обеспечить непрерывную выработку электричества?

Оказывается, проблема решается при помощи специальной поплавковой системы, которую австрийские инженеры использовали в Heliofloat. Они утверждают, что их гибкие поплавки особой конструкции, которые установлены снизу каждой платформы, способны обеспечить равновесное состояние солнечной электростанции размером с футбольное поле (при соединении нескольких платформ) даже при очень неспокойном море.

Каждый поплавок в Heliofloat имеет открытую конструкцию для доступа морской воды снизу. При опускании платформы в море, она начинает погружаться до того момента, пока скопившийся в верхней полости каждого поплавка воздух не создает достаточную выталкивающую силу. Таким образом, из-за веса платформы воздух под давлением удерживает равновесное состояние всей конструкции и при этом не дает ей утонуть.

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).

Солнечные коллекторы-концентраторы

Устройство состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-50° с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа либо для других бытовых нужд.

Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт/ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60-70°. КПД установки - 40%.

Параболоцилиндрические концентраторы

Устройство имеет форму параболы, протянутую вдоль прямой. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300--390°C.

Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором. Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента, но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.

Параболические концентраторы

Параболические концентраторы имеют форму спутниковой тарелки. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92% падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплён двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25% в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга.

Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т. д. без использования кремния солнечной чистоты.

Другие способы использования солнечной энергию

“Солнечный парус” - приспособление, использующее давление солнечного света на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.

Давление, создаваемое потоком солнечного света (фотонами), заставит аппарат двигаться в сторону от Солнца, при этом не будет расходоваться ракетное топливо. По аналогии с морскими парусами происходит маневрирование в космосе. Изменяя угол расположения конструкции, можно корректировать направление полета. Недостатком использования паруса является отсутствие возможности движения к Солнцу. При большом удалении от нашей звезды фотонный поток слабеет пропорционально квадрату расстояния, а на границе системы его сила упадет до 0. Поэтому чтобы обеспечить стабильный поток света и начальный разгон паруса, необходимы мощные лазерные установки. На сегодня разработаны конструкции двух типов: разгоняемые электромагнитными волнами и фотонными импульсами.

В 2014 году NASA запустило в космос свой солнечный парус из каптона - термостойкого пластика, выдерживающего колебание температуры от +400 до -273 градусов Цельсия. Этот материал был разработан химической компанией DuPont. Рекордный по размеру проект, крупнейший из всех созданных на данный момент, имеет площадь 1200 м2. Его назвали Sunjammer. Он должен выяснить практическую эффективность использования солнечного паруса при межпланетных полетах. Предполагается удаление от Земли на 3 млн. км за счет действия потока фотонов. Аппарат, толкаемый солнечным ветром, направляется к первой точке Лагранжа

Освещение зданий с помощью световых колодцев

Световой колодец (англ. lighttubeorlightpipe) - оборудование для освещения помещений при помощи естественного солнечного света. Световой колодец представляет cобой трубу, передающую солнечный свет с минимальными потерями.

Простейший вариант светового колодца - отверстие в потолке. Солнечные колодцы применяются для освещения как промышленных, так и жилых зданий в дневное время суток. Могут применяться в больших промышленных зданиях: складах, цехах, подземных помещениях и т. д.

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Достоинства

*Общедоступность и неисчерпаемость источника.

*Теоретически, полная безопасность для окружающей среды (однако в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества). Существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки

*Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках.

*Дороговизна солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот недостаток преодолеют.

*Недостаточный КПД солнечных элементов (вероятно, будет вскоре увеличен).

*Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.

*Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.

*Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.



2 Ветровая энергия

Ветры над большими площадями образуют обширные воздушные течения - муссоны, пассаты, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы.

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра - кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца.

Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения

Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастейкрыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор.

Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Ветродвигатели с вертикальной осью вращения

Карусельные ветродвигатели

Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов - повышающий редуктор не эффективно из-за низкого КПД последних. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем «откуда дует ветер», что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа строятся в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.

Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед ветропоклонниками ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них, в частности, проблема запуска. В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в дозвуковом самолете. Самолет, прежде чем «опереться» на подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию - раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.

Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14-16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составит около 80 метров. У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми - взять числом, а не размером.

Другие способы использования ветровой энергии

Отдельно можно выделить совершенно иную концепцию ветряной электростанции, которую представила компания Solar Wind Energy из Мериленда, США. Разработчики представили проект энергетической установки, которая сама воспроизводит ветер для работы своих генераторов.

Новая установка представляет собой высокую полую башню, высотой 685 метров. У ее основания, по всему периметру, расположены ветрогенераторы с выходящими вовнутрь башни воздушными каналами. Небольшие водяные насосы подают воду на самый верх и через форсунки распыляют до состояния тумана.

Водяной туман охлаждает горячий воздух вверху. Он становиться намного тяжелее воздуха в остальной части башни, а, следовательно, потоком устремляется вниз. Проходя через воздушные каналы у основания башни на скорости до 80 км, этот воздух заставляет крутиться лопасти ветрогенераторов, а те в свою очередь вырабатывают электрическую энергию.

Разработчики утверждают, что их ветряная электростанция способна работать круглый год, правда ее эффективность будет выше в местах с очень жарким климатом (необходима большая разница между нагретым и охлажденным воздухом). Что касается используемой для охлаждения воздуха воды, то она частично извлекается внизу из влажного падающего потока воздуха и направляется обратно наверх.

Достоинства и недостатки ветрогенераторов

Достоинства

- Экологически-чистый вид энергии

- Эргономика

- Возобновимая энергия

- Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест.

Недостатки

- Нестабильность

- Относительно невысокий выход электроэнергии

- Высокая стоимость

- Природные условия

- Шумовое загрязнение

- Пожары



3 Геотермальная энергия

Геотермальная энергетика - производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновимым энергетическим ресурсам.

Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. Прямое использование тепла является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным способом. Практика прямого использования тепла широко распространена в высоких широтах на границах тектонических плит, например, в Исландии и Японии. Водопровод в таких случаях монтируется непосредственно в глубинные скважины. Получаемая горячая вода применяется для подогрева дорог, обогрева теплиц и жилых строений. Способ производства электричества из геотермальной энергии очень похож на способ прямого использования. Единственным отличием является необходимость в более высокой температуре (более 1500С).

Геотермальные электростанции

В настоящее время существует три схемы производства электроэнергии с использованием гидротермальных ресурсов: прямая с использованием сухого пара, непрямая с использованием водяного пара и смешанная схема производства (бинарный цикл).

Геотермальные электростанции, работающие на сухом пару

Паровые электростанции работают преимущественно на гидротермальном пару.

Пар поступает непосредственно в турбину, которая питает генератор, производящий электроэнергию.

Геотермальные электростанции на парогидротермах

Для производства электричества на таких заводах используются перегретые гидротермы (температура выше 182°С). Гидротермальный раствор нагнетается в испаритель для снижения давления, из-за этого часть раствора очень быстро выпаривается.



Полученный пар приводит в действие турбину. Если в резервуаре остается жидкость, то ее можно выпарить в следующем испарителе для получения еще большей мощности.

Геотермальные электростанции с бинарным циклом производства электроэнергии

Большинство геотермальных районов содержат воду умеренных температур (ниже 2000С). На электростанциях с бинарным циклом производства эта вода используется для получения энергии.

Горячая геотермальные вода и вторая, дополнительная жидкость с более низкой точкой кипения, чем у воды, пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины. Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически отсутствуют. Воды умеренной температуры являются наиболее распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство геотермальных электростанций будущего будут работать на этом принципе.

Тепловые насосы

Одним их приоритетных направлений развития альтернативной энергетики в мире является освоение низкопотенциальной энергии Земли (тепла грунта, грунтовых вод и поверхностных водоемов, аккумулированное в поверхностных слоях земной коры).

Геотермальные тепловые насосы представляют собой устройства, осуществляющие обратный термодинамический цикл, благодаря чему низкопотенциальная энергия переносится на более высокий уровень.

Помимо геотермального тепла, источником энергии для тепловых насосов может служить тепло сточных и оборотных вод, что позволяет параллельно решать проблему эксплуатации вторичных энергоносителей.

Каждая теплонасосная система имеет следующие основные компоненты:

- бак-аккумулятор - теплоизолированная ёмкость для воды, предназначена для накопления горячей воды, с целью выравнивания тепловых нагрузок системы отопления и горячего водоснабжения, а также увеличивает срок работы теплового насоса.

- первичный грунтовый контур - закрытая циркуляционная система, которая состоит из испарителя (теплового насоса), циркуляционного насоса грунтового контура, трубопроводов, и служит для передачи тепла от грунта к тепловому насосу.

- вторичный грунтовый контур - закрытая система, которая состоит с конденсатора (теплового насоса), циркуляционного насоса, трубопроводов, и служит для передачи тепла от теплового насоса к системе отопления в доме.

Виды теплосъема тепловым насосам:

1) Земляной горизонтальный контур

Использует энергию, накопленную на поверхности земли (глубина от 1м до 2,5 м). Летом Тепловой насос забирает лишнее тепло из дома и переносит его под землю. Зимой Тепловой насос забирает накопленное за лето тепло и отдаёт обратно в дом

2) Земляной вертикальный контур

Использует энергию, накопленную в глубине земли (глубина 30-200 м). Бурится вертикальная скважина и в неё опускается замкнутая труба, по которому течёт теплоноситель. Тепло уносится грунтовыми водами летом и подается зимой.

3) Подземные воды

Использует энергию, грунтовой воды.Грунтовые воды круглогодично имеют температуру +5+12 С.Даже в самый сильный мороз Вы получите «бездонный» источник тепла, а летом - приятную прохладу

4) Энергия водоёма

Использует энергию, накопленную в летний период водоёма. Энергия водоёма имеет зимой температуру +3 +5 С. Даже в самый сильный мороз Вы получите «бездонный» источник тепла, а летом - приятную прохладу.

Преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Преимущества

- Не требует постоянного сервисного обслуживани.

- Длительный срок эксплуатации (до 50 лет).

- Экологически чистая и безопасная систем.

- Возможность использования в одной установке нескольких систем (отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование.

- Низкий уровень шумов.

- Срок окупаемости установки от 3-х до 5-ти лет.

Недостатки

- Высокая начальная стоимость оборудования и установки внешнего коллектора или скважины забора воды.

- Необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт

4 Биогазовая энергетика

Биогаз - газ, получаемый метановым брожением биомассы. В результате биохимической реакции, в которой принимают участие метановые бактерии, выделяется биогаз, его основными составляющими являются: метан (СН4, около 70%), углекислый газ (СО2, около 30%) и некоторое количество H2, H2S, N2.

Получение биогаза

Суть процесса получения биогаза в биореакторе сводится к следующему:

· загрузка реактора измельченными органическими отходами,

· создание условий для начала химической реакции разложения органики,

· отвод полученного биогаза и его накопление с одновременным созданием необходимого рабочего давления,

· вывод твердых фракций за пределы реактора, полученных в результате реакции разложения.

Следует отметить следующие факторы:

· для большей эффективности, растительные отходы следует измельчать до минимально возможных размеров и готовить смесь.

· птичий помет в чистом виде не может перерабатываться в биогаз в обычном реакторе поскольку содержат высокий уровень кислот, при котором метановые бактерии погибают (на птицефабриках дополнительно используют реактор гидролиза)

· наличие большого количества мочи не способствует увеличению выхода биогаза, зато, сказывается на азотонасыщенности конечных твердых фракций; вода так же является лишь источником разжижения массы для ускорения реакции и ее (воды) объем на увеличении количества биогаза не отражается (достаточная влажность биосырья должна составлять 60-70%).

В принципе, процесс биореакции в закрытом пространстве (анаэробное сбраживание), со временем, начинается сам по себе, но существенно замедляется при низких температурах воздуха. Наиболее оптимальная температура для поддержания биологической активности метановых бактерий 30-400С. Для искусственного ускорения начала процесса применяют подогрев биомассы с помощью обычного обогревателя-змеевика до температуры +380С.

Метантек (биореактор) с целью поддержания температурного режима тщательно теплоизолируют.

Для увеличения скорости брожения и образования биогаза применяют механическое перемешивание биомассы в биогазовой установке. Этот прием позволяет существенно сэкономить на объеме реактора, так как при отсутствии данной процедуры для получения того же объема биогаза потребуется реактор больших размеров.

На процесс брожения влияют и химические показатели, в частности, уровнь РН: если он высок, процесс существеннно замедляется либо вовсе останавливается.

Замедлению реакции сбраживания способствует наличие в биомассе сырья, содержащего антибиотики, консерванты и остатки моющих средств. Поэтому отходы жизнедеятельности человека малопригодны для биогазовых реакторов.

С целью ускорения биопроцесса в метантеках применяются стимулирующие добавки.

В примитивных биогазовых установках биогаз скапливается под тяжелой крышкой реактора, доводится до определенного давления и после отводится в систему газопотребления. В качестве газгольдера на подворье может служить и внешняя установка наподобие кузнечных мехов. Для поддержания необходимого давления в данной конструкции используется гнет.

Достоинства и недостатки биогаза

Биогазовая отрасль производит не один конечный продукт, а целый спектр дорогих и важных продуктов и без ущерба экологии:

Достоинства.

* Тепло - от охлаждения генератора или от сжигания биогаза. Полученное тепло используют для обогрева помещений.

* Электричество - из 1 мі биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии.

* Биогаз - биогаз можно сжимать, накапливать, перекачивать излишки, продавать. Существуют модели автомобилей, которые используют в качестве топлива газ. Эти машины могут без дополнительной адаптации заправляться биометаном. Сейчас появляются первые заправочные биогазовые станции. В Швеции и Швейцарии биометан уже долгое время используется в городских автобусах (Volvo, Skania) и грузовых машинах.

* Удобрения - удобрения, получаемые в виде переброженной массы являются экологически чистыми, жидкими удобрениями, лишенными нитритов, семян сорников, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов. Расход таких удобрений составляет 1-5 т вместо 60 т необработанного навоза для обработки 1 га земли. В полученное удобрение могут добавляться фосфорные, калийные или другие удобрения, в зависимости от культуры, под которые будут использоваться удобрения. Испытания показывают увеличение урожайности в 2-4 раза.

* Утилизация органических отходов - биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах, что повышает санитарно-гигиеническое состояние этих предприятий.

* Решение экологических проблем - производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.

Недостатки

Складирование биогаза в закрытых ёмкостях повышает требования к безопасности при использовании биогазовых установок.



5 Энергия морских волн

Энергия морских волн прямо со дна

Многие научно-исследовательские лаборатории и центры работают над созданием эффективных преобразователей, которые бы использовали энергию морских волн для выработки электрического тока. Подобные источники альтернативной энергии пытаются внедрить в свои энергетические системы как высокоразвитые, так и развивающиеся страны. Однако все существующие проекты предполагают расположение генераторов непосредственно у поверхности воды, что может быть неудобным для морских судов, курсирующих в этих районах.

Американские инженеры построили систему, которая включает в себя большое полотно из плотной резины наподобие коврика, гидравлические приводы, насосы и водопроводную систему. Резиновый ковер, прикрепленный к штокам гидравлических приводов, находится сверху (немного выше над поверхностью морского дна). При движении водных масс ковер начинает колебаться, приводя в движение насосы. Они в свою очередь закачивают в водопроводную систему морскую воду и подают ее наверх - к гидрогенератору. А тот в свою очередь преобразует энергию воды в электричество.

Экспериментальные тесты работы новой системы показали, что она способна использовать до 90 % энергии морских волн. По словам разработчиков система, развернутая на 10 м2 морского дна, сможет генерировать достаточно электроэнергии для питания двух частных домов. А 100 м2 по энергоэффективности равняются примерно солнечной электростанции, расположенной на площади одного футбольного поля.

Команда ученых также подчеркнула, что их разработка выполнена исключительно из экологических и неагрессивных для окружающей среды материалов. К тому же компоненты системы достаточно долговечны, чтобы можно было говорить о долгосрочных перспективах, а вся конструкция модульного типа - легко перемещается с одного места на другое.

Плавающий генератор электроэнергии

Шотландская компания Albatern представила свой новый проект WaveNet. Это энергогенерирующая система, состоящая из плавающих электрических генераторов особой конструкции.

Каждый генератор - это отдельная мини электростанция. Связанные вместе в общую сеть, они представляют достаточно мощную энергосистему.

Устроен каждый отдельный генератор следующим образом. Центральный балласт в виде высокой плавучей стойки, подключенный к одному из полюсов, окружен тремя буями, каждый на отдельном штативе. Получается своеобразный артикуляционный насосный агрегат, подключенный к небольшому электрогенератору.

Теперь если эту систему поместить в естественный водоем (озеро, речку, море, океан), то любое движение воды вызывает колебание поплавков, которые в свою очередь приводят в движение насос и электрогенератор.

Чтобы создать сетку из отдельных генераторов, достаточно соединить между собой близлежащие поплавки и соединить генераторы в одну энергетическую систему. Получается своеобразная структура, напоминающая пчелиные соты или одеяло, накинутое на морскую поверхность.

Шотландские инженеры подметили, что сотовая структура WaveNet способна извлекать кинетическую энергию из 5-6 степеней волнового движения. То есть практически в любой ситуации будь-то штиль или шторм, эффективность системы будет примерно одинаковой. Кроме этого такая структура еще и максимально устойчива против разрушающей силы волны.

Подобные системы в будущем смогут использоваться для обеспечения питанием различных плавучих систем. Например, буровых вышек.

CorPower -волновая электростанция

Работает новая система CorPower следующим образом. Традиционно на поверхности плавает достаточно объемный буй. Благодаря движению волн он то поднимает, то опускает прикрепленный к нему шток. Этот шток соединяется на дне с редуктором, который приводит в движение генератор электроэнергии.

В данной технологии шведы используют гидравлический электрический генератор оригинальной конструкции. Специальная трансмиссия, в которую входит редуктор, не просто преобразует поступательные движения буя во вращение электрогенератора, а еще и синхронизирует движение волн, так чтобы максимальное количество их энергии преобразовывалось в полезную электроэнергию.

Все электрогенераторы CorPower посредством электрических кабелей соединяются в одну энергосистему, конечные элементы которой традиционно находятся на берегу. По расчетам самих разработчиков один элемент их системы, который включает 8-метровый буй, редуктор и генератор может производить примерно 250-300 кВт электроэнергии.



6 Другие способы использования чистой энергии

Движения тела в электричество

Как показали многочисленные исследования, кинетическая энергия наших с вами движений может выступать одним из эффективных источников для создания электричества. Новая разработка исследователей из Университета Вандербильта - ультратонкий материал в качестве генератора - также позволит использовать даже небольшие по амплитуде движения рук, превращая их в полезную электрическую энергию.

Новый ультратонкий генератор создан с использованием пьезоэлектриков - материалов, которые способны генерировать электрический заряд при деформации (сжимании, растягивании и кручении). В данном случае используется многослойная структура из черного фосфора. Слои этого вещества толщиною всего в несколько атомов даже при малейшем взаимном перемещения способны генерировать электрический заряд.

Новый генератор, который размещается на руке вблизи локтя, как показали исследования, эффективно функционирует даже при самых незначительных движениях. Такие движения наше тело осуществляет в течение дня постоянно, даже если мы не выполняем каких-либо существенных действий. Даже когда человек стоит, сидит или лежит можно наблюдать малейшие перемещения за счет работы мышц и внутренних органов.

По словам команды разработчиков, КПД (коэффициент полезного действия) их нового электрического генератора составляет 25 %.

Новый материал способен генерировать примерно 40 мкВт электрической мощности на квадратный фут (примерно 0,1 м2). Причем он сохраняет свою работоспособность даже при небольших перемещениях частотою до 0,01 Гц.

Что касается электрических параметров нового генератора, то их явно недостаточно для обеспечения питанием даже простейшего мобильного электронного устройства. Тем не менее команда исследователей не собирается останавливаться на достигнутом и считает результаты своей работы весьма обнадеживающими.

Шаги в электричество

Тропа Павагена (Pavegen) или Smart Street установлена на лондонской улице Берд-стрит. Общая площадь дорожки составляет всего 10 м2. Вся она покрыта небольшими треугольными панелями с 50-ти сантиметровыми гранями, под которыми находятся шаговые генераторы напряжения.

По словам разработчиков, каждая из панелей при интенсивном движении по ней способна непрерывно производить электрическую энергию мощностью до 5 Вт. Вся энергия затем собирается в аккумуляторах и в дальнейшем будет использована.

Кроме этого дорожка Павагена является ко всему прочему еще и интерактивной. При помощи встроенных Bluetooth-передатчиков каждый желающий может подключить к системе свой смартфон и при помощи специального приложения узнать, сколько именно электрической энергии производит дорожка за определенный промежуток времени и даже сколько энергии было получено благодаря ему самому.

И хотя пока что это всего лишь пилотный проект, разработчики уверены, что подобные дорожки или даже целые улицы уже в скором будущем появятся во всем Лондоне, а может быть даже и по всему миру.

Термоэлектрическая краска

Разработка ученых из Ульсанского Национального института представляет собой обычную термоэлектрическую краску, которая может быть нанесена практически на любую поверхность и вырабатывать электроэнергию практически от воздействия любого источника тепла.

С целью использования возможностей тепловой генерации практически от любых форм исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана в Корее создали термоэлектрическое покрытие, которое можно использовать как обычную краску.

Исследования новой термоэлектрической краски показали, что квадратный сантиметр окрашенной поверхности способен генерировать до 4 мВт электрической мощности.



Заключение

Важно отметить, что экономический потенциал возобновляемых источников энергии существенно увеличился, и будет продолжать расти в связи с подорожанием традиционного топлива.

Помимо неистощаемости и экологической чистоты ВИЭ, которые являются очевидными преимуществами этих видов энергии, существует ряд других причин обусловливающих необходимость их интенсивного использования.

Энергетическая стратегия подчеркивает, что необходимость использования ВИЭ определяется их существенной ролью при решении следующих проблем:

- обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения, в первую очередь в районах Крайнего Севера и приравненных к ним территориях;

- обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений;

- снижение экологической нагрузки от деятельности топливно-энергетического комплекса.

В настоящее время одними из ключевых факторов, сдерживающих развитие ВИЭ , являются дефицит инвестиций для реализации необходимых проектов, а также недостатки нормативно-правовой базы.



Список используемых источников

1 Университет Калифорнии (newscenter.berkeley.edu)

2 Solar Wind Energy (http://www.solarwindenergytower.com/)

3 Albatern (http://albatern.co.uk/)

4 CorPower Ocean (www.corpowerocean.com)

5 Оксфордский университет (www.ox.ac.uk)

6 Национальный институт наук и технологий Ульсана (http://news.unist.ac.kr/)

7 Pavegen (www.pavegen.com)

8 Университет Вандербильта (https://news.vanderbilt.edu/)

Размещено на Allbest.ru