Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по дисциплине Физика и энергетика Вода – источник жизни на земле. Это одно из самых уникальных и удивительных явлений на нашей планете, обладающее множеством уникальных свойств, использование которых может быть очень выгодно и полезно для человека. Энергия воды, ровно как и энергия солнца или воздуха, является возобновляемым источником энергии, так необходимым в сложившихся условиях. Все прекрасно понимают, что внутренние Земные ресурсы не безграничны и рано или поздно они закончатся (причем, учитывая постоянно растущий «аппетит» человечества, это произойдет скорей рано, чем поздно). Поэтому проблема поиска альтернативных источников энергии так важна сегодня, а вода предлагает нам одно из решений этой проблемы. Итак, энергия воды, пожалуй, одна из первых энергий, которую люди научились использовать в своих целях. Вспомнить хотя бы первые речные мельницы. Принцип их работы прост и в то же время гениален: движущийся поток воды вращает колесо, преобразуя кинетическую энергию воды в механическую работу колеса. По сути все современные гидроэлектростанции работают именно так же. С одним важным дополнением: далее механическая энергия преобразуется в электрическую.
Энергию воды грубо можно разделить на три типа по ее виду, в котором она преобразовывается: 1. Энергия приливов/отливов. Вообще само явление отлива очень интересно и долгое время оно никак не могло быть объяснено. Большие массивные (и разумеется близкие к Земле) космические объекты, такие как Луна или Солнце, действием своей гравитации приводят к неравномерному распределению воды в океане, создавая «горбы» из воды. Из-за вращения земли начинается движение этих «горбов» и их перемещение к берегам. Но из-за того же вращения Земли, положение океана относительно Луны изменяется, уменьшая тем самым действие гравитации. Во время прилива заполняются специальные резервуары, располагающиеся на береговой линии. Резервуары образуются благодаря дамбам. Во время отлива вода начинает свое обратное движение, которое и используется для вращения турбин и преобразования энергии. Важно, чтобы разница высот во время прилива и отлива была как можно больше, иначе подобная станция просто не сможет себя оправдывать. Поэтому приливные электростанции создаются, как правило, в узких местах, где высота приливов достигает хотя бы 10 метров. Например приливная станция во Франции в устье реки Ранее.Но такие станции имеют и свои минусы: создание дамбы приводит к увеличению амплитуды приливов со стороны океана, а это влечет за собой затопление суши соленой водой. Как следствие – изменение флоры и фауны биологической системы, причем не в самую лучшую сторону.
2. Энергия морских волн. Несмотря на то, что природа этой энергии весьма схожа с вышеописанной, ее все же принято выделять в отдельную ветвь. Данный вид энергии обладает довольно высокой удельной мощностью (приблизительная мощность волнения океанов достигает 15 кВт/м). Если высота волны будет около двух метров, то это значение может увеличиться до 80 кВт/м. Разумеется, это идеализированные данные, потому что перевести всю энергию волнения в электрическую не удастся, но все же коэффициент преобразования довольно высок – 85%. На сегодняшний день использование энергии морских волн не особо распространено из-за ряда сложностей, возникающих при создании установок. Пока эта сфера находится только на стадии экспериментальных исследований. 3. Гидроэлектростанции. А этот вид энергии стал доступным для человека благодаря совместной «работе» трех стихий: воды, воздуха и, конечно же, солнца. Солнце испаряет с поверхности озер, морей и океанов воду, образуя облака. Ветер перемещает газообразную воду к возвышенным областям, где она конденсируется и, выпадая в виде осадков, начинает стекать обратно к своим первоисточникам. На пути этих потоков ставятся гидроэлектростанции, которые перехватывают энергию падающей воды и преобразуют ее в электрическую. Мощность, вырабатываемая станцией, зависит от высоты падения воды, поэтому на ГЭС стали создаваться дамбы. Они так же позволяют регулировать величину потока. Разумеется создание такого огромного сооружения стоит очень дорого, но ГЭС полностью себя окупает благодаря неисчерпаемости используемого ресурса и свободного доступа к нему.
У данного типа энергии, по аналогии с остальными, имеются как плюсы, так и минусы. Так же как в случае использования энергии приливов, создание ГЭС приводит к затоплению большой площади и нанесению непоправимого ущерба местной фауне. Но даже с учетом этого обстоятельства можно говорить о высокой экологичности ГЭС: они наносят только локальный ущерб, не загрязняя атмосферу Земли. В попытках уменьшить ущерб, наносимый станциями разрабатываются все более новые методы их работы, постоянно совершенствуется конструкция самих турбин. Одним из предложенных методов стало «накачивание» аккумуляторов. Вода, прошедшая через турбины не утекает дальше, а накапливается в больших резервуарах. Когда нагрузка на ГЭС становится минимальной, за счет энергии атомной или тепловой станции сохраненная вода перекачивается обратно вверх и все повторяется. Этот метод выигрывает как по экологическим, так и по экономическим показателям.Еще одну очень интересную область придумали эксперты Комиссии по атомной энергетике в Гренобле, Франция. Они предлагают использовать энергию падающего дождя! Каждая падающая капля обладает своим воздействием. Попадая на пьезокерамический элемент, она воздействует на него физически, что приводит к возникновению электрического потенциала. Далее электрический заряд видоизменяется (так же как в микрофонах электрических сигнал преобразуется в колебания). Благодаря многообразию своих форм, вода обладает поистине громадным энергетическим потенциалом.На сегодняшний день гидроэнергетика уже весьма развита и составляет 25% от мирового производства электроэнергии, а учитывая темпы ее развития можно смело говорить, что она является весьма перспективным направлением.energy-source.ru
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
1.Энергетические русурсы Океана
1.1 Термальная энергия
1.2 Энергия приливов
1.3 Энергия волн
1.4 Энергия течений
1.5 «Соленая» энергия
2. Энергия ветра
3. Энергия солнца
Заключение
Вступление
Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущой.
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используютя практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда — дорогостоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжена с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды.
С середины 20 века началось изучение энергетических ресурсов океана, энергии ветра, солнечной энергии, относящихся к «возобновляемым источниксам энергии».
Океан — гигантский аккумулятор ирансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов — результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.
Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики, а также солнечных и ветровых систем показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба окружающей среде. При проектировании будущих систем энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.
1.Термальная энергия
Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (OТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свс 5одном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине Котел, заполненный фреоном или аммиаком — жидкостями с низкими температурами кипения, омывается теплыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС состав. яет 250 -400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океаноло 'ического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная иде: получения электроэнергии на основе раз-
ности температур подледной воды и воз, ~уха, которая составляет в арктических районах 26 °С и более.
По сравнению с традиционными те: ловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как олее экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду, Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты (см. рис.2 и рис.3).
1.2 Эпергия приливов
Использование энергии приливов началась уже в 20 в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской на Охотском море.
Использование великих сил приливы и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн — интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
1.3 Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде понлавков, маятников, лопастей, оболочек и тл. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научыхых приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже окало 400 маяков и навигационньlх буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волловой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волнсвые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
1.4 Энергия течечений
Наиболее мощные течения океана — потенциальный источник энергии. Современный уровень теххники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущик соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2. м/с, и Флоридского течения.
Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.
1.5 «Соленая» энергия
Соленая вода океанов и морей таит в себе огромные неосвоенные запасы энергии, которая может быть эффективно преобразована в другие формы энергии в районах с большими градиентами солености, какими являются устья крупнейших рек мира, таких как Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое давление, возникающее при смешении пресных речных вод с солеными, пропорционально разности в концентрациях солей в этих водак В среднем это давление составляет 24 атм., а при впадении реки Иордан в Мертвое мсре 500 атм. В качестве источника осмотической энергии предполагается также использовать соляные купола, заключенные в толще океанского дна. Расчеты показали, что при использовании энергии, полученной при растворении соли среднего по запасам нефти соляного купола, можно получить не меньше энергии, чем при использовании содержащейся в нем нефти.
Работы по преобразованию «соленой» энергии в электрическую находятся на стадии проектов и опытных установок.
2. Энергия ветра.
Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея преобразования энергии ветра в электрическую возникла в конце 19в.
В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Средне-
годовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разрушена.
В период энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем расположенные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.
Строительство ВЭС малой мощности для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей морской воды считается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с… Возведение ВЭС большой мощности для передачи электроэнергии в энергосистему страны оправдано там, где среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-б м/с… Так, в Дании — одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.
На тихоокеанском побережье США в Калифорнии, где скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тысяч ветровых установок большой мошности. ВЭС различной мощности действуют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Hталии, Китае, России и других странах.
В связи с непостоянством ветра по скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.
Еще в конце 19 в. ветряной электкродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне «Фрам» для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.
В Дании на полуострове Ютландия в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют шестнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Ежегодно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.
Существует проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно. Главная проблема ветряных электростанций – непостоянство скорости ветра. Место расположения считается удачным, если удается работать в среднем около трети года. Таких мест на Земле не так много, и большинство уже занято. Кроме того, скорость ветра увеличивается с высотой, поэтому использование более высоких конструкций перспективно.
3. Энергия солнца.
Самая первая шкура, которую древний человек высушил с помощью прямого использования солнечной энергии, к сожалению, не сохранилась. А собственные шкуры грели на солнышке даже наши предки обезьяны, не говоря уже о крокодилах.
Легко использовать солнце для отопления и горячего водоснабжения. Впрочем, популярная в России «солнечная установка» — бочка с водой на садовых участках – малоэффективна. Хорошие нагреватели состоят из смотрящего на юг плоского наклонного коллектора солнечных лучей и размещенного над ним бака с водой. Коллектор и бак теплоизолируют. КПД этого простого сооружения достигает 40 – 50%, и оно способно летом нагреть воду до 50 – 70 градусов.
В последнее время стали популярны воздушные коллекторы, встроенные в фасады зданий как элемент архитектуры. Оптимальный наклон коллектора примерно равен широте местности. В Европе, к примеру, на вертикальную стенку в год падает солнечной энергии примерно на 30% меньше, чем на поверхность, расположенную под углом в 45 градусов к горизонту. Такой коллектор выполняет двойную роль – нагревает теплоноситель и уменьшает тепловые потери здания.
Когда кремниевые фотоэлементы были очень дороги и использовались только в космосе, много надежд возлагалось солнечные тепловые электростанции.
Сегодня больше внимания уделяется прямому преобразованию солнечной энергии с помощью полупроводниковых фотоэлементов. В основном это плоские кремниевые фотоэлементы, способные преобразовывать как прямой, так рассеянный свет. Их стоимость за последние десять лет снизилась в несколько раз, но цена такой энергии все еще слишком высока.
Ученые пытаются максимально снизить стоимость более простых солнечных элементов. В европейском проекте H – AlphaSolarсозданы гибкие солнечные элементы на основе тонкой пленки аморфного кремния на пластине, эффективность которых около семи процентов. В планах – повышение эффективности до 10% и массовое производство рулонов дешевой «солнечной пленки».
«Человеку на острове», чтобы кипятить свой чайник, потребуется порядка ста квадратных метров кремниевых солнечных батарей и очень большой аккумулятор. Это, конечно, лучше, чем гектар водохранилища, но неприемлемо дорого.
Заключение.
Предлагаются совсем экзотические проекты. В одном из них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная энергия используется для передвижения гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока. Другие ученые предлагают использовать полученную энергию для организации морских ферм, производящих продукты питания.
Литература
1. Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Общая теория.//М: 2005.
2. Жуков Г.Ф. Общая теория энергии.//М: 1995.
3. Илларионов А. Природа российской энергетики. //Вопросы экономики:2003, № 3.
4. 8. Медведев А.В. Пути финансовой стабилизации. //Деньги и кредит:1996, N 7, С.50.
5. 9. Никитин С. Инфляция и возможности ее преодоления.//Экономист: 1995, №8.
www.ronl.ru
Энергия воды - Реферат, раздел Биология, - 2002 год - Могут ли восстанавливаемые виды энергии полностью заменить фоссильные топлива?
Энергия воды. Существует несколько источников, которыми мы можем назвать энергией воды. Горячие воды. Среди нетрадиционных возобновляемых источников энергии по объему использования в мире первое место занимает подземное тепло - геотермальные воды. В США суммарная мощность ГеоТЭС превышает 2 млн киловатт, это примерно полпроцента всех установленных мощностей электростанций страны.
Еще около двух миллионов киловатт тепловой мощности используются напрямую - для теплоснабжения, обогрева парников и т.п. Филиппины уступают по абсолютным мощностям, но их доля в национальном производстве электроэнергии внушительна - 19. На третьем месте Мексика - 700 МВт, т.е. 4. По прямому использованию подземного тепла лидируют японцы - около пяти миллионов киловатт, что эквивалентно экономии двух с половиной миллионов 84 тонн условного топлива.
Маленькая европейская страна Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами.
Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли- других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников.
Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт.
В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт. Самолеты и легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего.
Водород- один из наиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к водородной энергетике будущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре -203 С. Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования металлических гидридов. После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости.
Что касается непосредственного использования энергии рек, приливов и отливов, можно сказать, что человек мог использовать эту энергию в полном объме.
Это не требует дополнительных затрат энергии энергия доступна всегда, в отличае от энергии солнца. Может показаться, что в гидроэнергетике экологам придраться не к чему - речная вода крутит турбины, все чисто, опрятно, никакой химии, никакого огня с дымом. Так считали многие десятилетия. Например, строительство плотин прежде всего, плотина на большой равнинной реке означает затопление огромных территорий под водохранилище с выселением большого числа людей затопленные плодородные почвы обогащают воду большим количеством биогенных элементов, что приводит к развитию процессов эвтрофикации и вызывает резкое ухудшение качества воды, во-вторых, плотина перегораживает реку и создает тяжелые, часто катастрофические последствия для рыбы, живущей в реке, а особенно для поднимающейся к ее верховьям на нерест, в-третьих, вода в хранилищах застаивается, ее проточность теряется, что сказывается и на жизни всех существ, населяющих реку, и вредит людям, живущим у воды, в-четвертых, местное повышение уровня воды влияет и на грунтовые воды, приводит к подтоплениям и заболачиванию, а также к эрозии берегов, оползням, также не исключены прорывы плотин с тысячными жертвами.
К отрицательным последствиям относятся также увеличение потерь воды на испарение, изменение температурного режима воды. 2.2. Солнечная энергия Большие надежды люди возлагают на энергию солнца.
Сейчас активно разрабатываются способы е эксплуатации изобретают новые виды автомобилей, самолтов, также домов, отапливаемых благодаря солнцу.
Так можно использовать воду, нагретую солнцем, ездить на автомобиле. Солнечная энергия является наиболее мощным и доступным из всех видов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Крыму. Солнечное излучение не только неисчерпаемый, но и абсолютно чистый источник энергии, обладающий огромным энергетическим потенциалом. Почему же он тогда так слабо используется Одним из наиболее серьезных препятствий для глобального использования солнечной энергии является низкая интенсивность солнечного излучения.
Это требует разработки методов и устройств по концентрированию солнечной энергии. Солнце не способно справиться с пиками нагрузки, для этого требуется энергию аккумулировать. Основное воздействие гелиоустановок на окружающую среду является косвенным и связано с такими факторами, как необходимость производства специальных высококачественных материалов сопровождаемое химическим загрязнением окружающей среды, отторжение территории, возможность регионального перераспределения потока солнечной ради-лции и др. Масштабное внедрение солнечной энергетики требует больших затрат Основной материал солнечных батарей в одной из самых эффективных конструкций - арсенид галлия, т.е. соединение металла с сильнейшим ядовитым веществом - мышьяком.
При массовом внедрении солнечных батарей мышьяка потребуется много. Его производство на всех этапах - вреднейшая большая химия.
Экологическая чистота, так же как и дешевизна этого, варианта крупномасштабной энергетики оказываются чистой иллюзией. 2.3.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Человек осознает, что настало время позаботиться и о природе она не может вс время отдавать, она не способна вынести нагрузки, которые от не… Поэтому следует искать выходы из трудного положения, следует осмотреться и… Выбросы твердых веществ, двуокиси серы, оксидом углерода, азота, углеводородов от промышленных предприятий составляют…
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Энергия воды
allrefers.ru
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
1.Энергетические русурсы Океана
1.1 Термальная энергия
1.2 Энергия приливов
1.3 Энергия волн
1.4 Энергия течений
1.5 «Соленая» энергия
2. Энергия ветра
3. Энергия солнца
Заключение
Вступление
Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хо-зяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущой.
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектро-станции. При этом их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственны-ми топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используютя практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энер-гетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных элек-тростанций (АЭС). При этом сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда - дорого-стоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строи-тельство и эксплуатация АЭС сопряжена с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы за-грязнения окружающей среды.
С середины 20 века началось изучение энергетических ресурсов океана, энергии ветра, солнечной энергии, от-носящихся к "возобновляемым источниксам энергии".
Океан - гигантский аккумулятор ирансформатор солнечной энергии, преобра-зуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.
Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возоб-новляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики, а также солнечных и ветровых систем показывает, что они не приносят какого-либо ощути-мого ущерба окружающей среде. При проектировании будущих систем энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.
1.Термальная энергия
Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропи-ческими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (OТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свс 5одном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине Котел, заполненный фрео-ном или аммиаком - жидкостями с низкими температурами кипения, омывается те-плыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холод-ных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС состав. яет 250 -400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океаноло 'ического института АН СССР было пред-ложено и реализуется оригинальная иде: получения электроэнергии на основе раз-
ности температур подледной воды и воз, ~уха, которая составляет в арктических рай-онах 26 °С и более.
По сравнению с традиционными те: ловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как олее экономически эффективные и практи-чески не загрязняющие океанскую среду , Недавнее открытие гидротермальных ис-точников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подвод-ных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арк-тические широты (см. рис.2 и рис.3).
1.2 Эпергия приливов
Использование энергии приливов началась уже в 20 в. для работы мельниц и лесо-пилок на берегах Белого и северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию при-ливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опус-кается. Это гравитационные силы Луны и солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в на-шей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к состав-лению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугур-ской на Охотском море.
Использование великих сил приливы и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
1.3 Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде понлавков, маятников, лопастей, оболочек и тл. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преоб-разуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энерго-питания автономных буев, маяков, научыхых приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использова-ние волновой энергии. В мире уже окало 400 маяков и навигационньlх буев полу-чают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает пла-вучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промыш-ленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором аква-тории океана с устойчивым запасом волловой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима вол-нения. Считается, что эффективно волнсвые станции могут работать при использо-вании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок по-казал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традицион-ной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
1.4 Энергия течечений
Наиболее мощные течения океана - потенциальный источник энер-гии. Современный уровень теххники позволяет извлекать энергию тече-ний при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного се-чения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использова-ние таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущик соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2. м/с, и Флоридского течения.
Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибрал-тарском, Ла-Манш, Курильских. При этом создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с соз-данием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судо-ходству.
1.5 "Соленая" энергия
Соленая вода океанов и морей таит в себе огромные неосвоенные запасы энергии, которая может быть эффективно преобразована в другие формы энергии в районах с большими градиентами солености, какими являются устья крупнейших рек мира, таких как Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое давление, возни-кающее при смешении пресных речных вод с солеными, пропорционально разности в концентрациях солей в этих водак В среднем это давление составляет 24 атм., а при впадении реки Иордан в Мертвое мсре 500 атм. В качестве источника осмоти-ческой энергии предполагается также использовать соляные купола, заключенные в толще океанского дна. Расчеты показали, что при использовании энергии, получен-ной при растворении соли среднего по запасам нефти соляного купола, можно по-лучить не меньше энергии, чем при использовании содержащейся в нем нефти.
Работы по преобразованию "соленой" энергии в электрическую находятся на стадии проектов и опытных установок.
2. Энергия ветра.
Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея преобразо-вания энергии ветра в электрическую возникла в конце 19в.
В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Средне-
годовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разру-шена.
В период энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем расположен-ные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.
Строительство ВЭС малой мощности для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей морской воды счи-тается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с.. Возведение ВЭС большой мощности для передачи электро-энергии в энергосистему страны оправдано там, где среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-б м/с.. Так, в Дании - одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.
На тихоокеанском побережье США в Калифорнии, где скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тысяч ветровых установок большой мошности. ВЭС различной мощности действу-ют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Hталии, Китае, России и других странах.
В связи с непостоянством ветра по скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.
Еще в конце 19 в. ветряной электкродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне "Фрам" для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.
В Дании на полуострове Ютландия в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют ше-стнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Еже-годно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.
Существует проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно. Главная проблема ветряных электростанций - непостоянство скорости ветра. Место расположения считается удачным, если удается работать в среднем около трети года. Таких мест на Земле не так много, и большинство уже занято. Кроме того, скорость ветра увеличивается с высотой, поэтому использование более высоких конструкций перспективно.
3. Энергия солнца.
Самая первая шкура, которую древний человек высушил с помощью прямого использования солнечной энергии, к сожалению, не сохранилась. А собственные шкуры грели на солнышке даже наши предки обезьяны, не говоря уже о крокодилах.
Легко использовать солнце для отопления и горячего водоснабжения. Впрочем, популярная в России «солнечная установка» - бочка с водой на садовых участках - малоэффективна. Хорошие нагреватели состоят из смотрящего на юг плоского наклонного коллектора солнечных лучей и размещенного над ним бака с водой. Коллектор и бак теплоизолируют. КПД этого простого сооружения достигает 40 - 50%, и оно способно летом нагреть воду до 50 - 70 градусов.
В последнее время стали популярны воздушные коллекторы, встроенные в фасады зданий как элемент архитектуры. Оптимальный наклон коллектора примерно равен широте местности. В Европе, к примеру, на вертикальную стенку в год падает солнечной энергии примерно на 30% меньше, чем на поверхность, расположенную под углом в 45 градусов к горизонту. Такой коллектор выполняет двойную роль - нагревает теплоноситель и уменьшает тепловые потери здания.
Когда кремниевые фотоэлементы были очень дороги и использовались только в космосе, много надежд возлагалось солнечные тепловые электростанции.
Сегодня больше внимания уделяется прямому преобразованию солнечной энергии с помощью полупроводниковых фотоэлементов. В основном это плоские кремниевые фотоэлементы, способные преобразовывать как прямой, так рассеянный свет. Их стоимость за последние десять лет снизилась в несколько раз, но цена такой энергии все еще слишком высока.
Ученые пытаются максимально снизить стоимость более простых солнечных элементов. В европейском проекте H - Alpha Solar созданы гибкие солнечные элементы на основе тонкой пленки аморфного кремния на пластине, эффективность которых около семи процентов. В планах - повышение эффективности до 10% и массовое производство рулонов дешевой «солнечной пленки».
«Человеку на острове», чтобы кипятить свой чайник, потребуется порядка ста квадратных метров кремниевых солнечных батарей и очень большой аккумулятор. Это, конечно, лучше, чем гектар водохранилища, но неприемлемо дорого.
Заключение .
Предлагаются совсем экзотические проекты. В одном из них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная энергия используется для передвижения гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока. Другие ученые предлагают использовать полученную энергию для организации морских ферм, производящих продукты питания.
Литература
Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Общая теория.//М: 2005.
Жуков Г.Ф. Общая теория энергии.//М: 1995.
Илларионов А . Природа российской энергетики. //Вопросы экономики:2003, № 3.
8. Медведев А.В. Пути финансовой стабилизации. //Деньги и кредит:1996, N 7, С.50.
9. Никитин С. Инфляция и возможности ее преодоления.//Экономист: 1995, №8.
referatwork.ru
Главная » Рефераты » Текст работы «Энергия Солнца, ветра и воды - Физика и энергетика»
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
1.Энергетические русурсы Океана
1.1 Термальная энергия
1.2 Энергия приливов
1.3 Энергия волн
1.4 Энергия течений
1.5 «Соленая» энергия
2. Энергия ветра
3. Энергия солнца
- З а к л ю ч е н и е -
Вступление
Проблема обесᴨȇчения электрической энергией многих отраслей мирового хо-зяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущой.
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектро-станции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на котоҏыҳ работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственны-ми топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используютя практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энер-гетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных элек-тростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда - дорого-стоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строи-тельство и эксплуатация АЭС сопряжена с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы за-грязнения окружающей среды.
С середины 20 века началось изучение энергетических ресурсов океана, энергии ветра, солнечной энергии, от-носящихся к "возобновляемым источниксам энергии".
Океан - гигантский аккумулятор ирансформатор солнечной энергии, преобра-зуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов - результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.
Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возоб-новляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики, а также солнечных и ветровых систем показывает, что они не приносят какого-либо ощути-мого ущерба окружающей среде. При проектировании будущих систем энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.
1.Термальная энергия
Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропи-ческими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали ᴨȇрсᴨȇктивность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (OТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свс 5одном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принциᴨȇ, используемом в паровой машине Котел, заполненный фрео-ном или аммиаком - жидкостями с низкими темᴨȇратурами киᴨȇния, омывается те-плыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холод-ных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС состав. яет 250 -400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океаноло 'ического института АН СССР было пред-ложено и реализуется оригинальная иде: получения электроэнергии на основе раз-
ности темᴨȇратур подледной воды и воз, ~уха, которая составляет в арктических рай-онах 26 °С и более.
По сравнению с традиционными те: ловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются сᴨȇциалистами как олее экономически эффективные и практи-чески не загрязняющие океанскую среду , Недавнее открытие гидротермальных ис-точников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подвод-ных ОТЭС, работающих на разности темᴨȇратур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арк-тические широты (см. рис.2 и рис.3).
1.2 Эᴨȇргия приливов
Использование энергии приливов началась уже в 20 в. для работы мельниц и лесо-пилок на берегах Белого и северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию при-ливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опус-кается. Это гравитационные силы Луны и солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена ᴨȇрвая в на-шей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации ᴨȇрвой ПЭС позволил приступить к состав-лению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугур-ской на Охотском море.
Использование великих сил приливы и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
1.3 Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде понлавков, маятников, лопастей, оболочек и тл. Механическая энергия их ᴨȇремещений с помощью электрогенераторов преоб-разуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энерго-питания автономных буев, маяков, научыхых приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использова-ние волновой энергии. В мире уже окало 400 маяков и навигационньlх буев полу-чают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает пла-вучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует ᴨȇрвая в мире промыш-ленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором аква-тории океана с устойчивым запасом волловой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима вол-нения. Считается, что эффективно волнсвые станции могут работать при использо-вании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок по-казал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традицион-ной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
1.4 Энергия течечений
Наиболее мощные течения океана - потенциальный источник энер-гии. Современный уровень теххники позволяет извлекать энергию тече-ний при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поᴨȇречного се-чения потока составляет около 1 кВт. Персᴨȇктивным представляется использова-ние таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущик соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2. м/с, и Флоридского течения.
Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибрал-тарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с соз-данием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судо-ходству.
1.5 "Соленая" энергия
Соленая вода океанов и морей таит в себе огромные неосвоенные запасы энергии, которая может быть эффективно преобразована в другие формы энергии в районах с большими градиентами солености, какими являются устья крупнейших рек мира, таких как Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое давление, возни-кающее при смешении пресных речных вод с солеными, пропорционально разности в концентрациях солей в этих водак В среднем это давление составляет 24 атм., а при впадении реки Иордан в Мертвое мсре 500 атм. В качестве источника осмоти-ческой энергии предполагается также использовать соляные купола, заключенные в толще океанского дна. Расчеты показали, что при использовании энергии, получен-ной при растворении соли среднего по запасам нефти соляного купола, можно по-лучить не меньше энергии, чем при использовании содержащейся в нем нефти.
Работы по преобразованию "соленой" энергии в электрическую находятся на стадии проектов и опытных установок.
2. Энергия ветра.
Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея преобразо-вания энергии ветра в электрическую возникла в конце 19в.
В СССР ᴨȇрвая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Средне-
годовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разру-шена.
В ᴨȇриод энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем расположен-ные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.
Строительство ВЭС малой мощности для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей морской воды счи-тается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с.. Возведение ВЭС большой мощности для ᴨȇредачи электро-энергии в энергосистему страны оправдано там, где среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-б м/с.. Так, в Дании - одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.
На тихоокеанском побережье США в Калифорнии, где скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тыс. ветровых установок большой мошности. ВЭС различной мощности действу-ют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Hталии, Китае, России и других странах.
В связи с непостоянством ветра по скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.
Еще в конце 19 в. ветряной электкродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне "Фрам" для обесᴨȇчения участников полярной эксᴨȇдиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.
В Дании на полуострове Ютландия в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют ше-стнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Еже-годно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.
Существует проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно. Главная проблема ветряных электростанций - непостоянство скорости ветра. Место расположения считается удачным, если удается работать в среднем около трети года. Таких мест на Земле не так много, и большинство уже занято. Кроме того, скорость ветра увеличивается с высотой, в связи с этим использование более высоких конструкций ᴨȇрсᴨȇктивно.
3. Энергия солнца.
Самая ᴨȇрвая шкура, которую древний человек высушил с помощью прямого использования солнечной энергии, к сожалению, не сохранилась. А собственные шкуры грели на солнышке даже наши предки обезьяны, не говоря уже о крокодилах.
Легко использовать солнце для отопления и горячего водоснабжения. Впрочем, популярная в России «солнечная установка» - бочка с водой на садовых участках - малоэффективна. Хорошие нагреватели состоят из смотрящего на юг плоского наклонного коллектора солнечных лучей и размещенного над ним бака с водой. Коллектор и бак теплоизолируют. КПД этого простого сооружения достигает 40 - 50%, и оно способно летом нагреть воду до 50 - 70 градусов.
В последнее время стали популярны воздушные коллекторы, встроенные в фасады зданий как элемент архитектуры. Оптимальный наклон коллектора примерно равен широте местности. В Евроᴨȇ, к примеру, на вертикальную стенку в год падает солнечной энергии примерно на 30% меньше, чем на поверхность, расположенную под углом в 45 градусов к горизонту. Такой коллектор выполняет двойную роль - нагревает теплоноситель и уменьшает тепловые потери здания.
Когда кремниевые фотоэлементы были очень дороги и использовались только в космосе, много надежд возлагалось солнечные тепловые электростанции.
Сегодня больше внимания уделяется прямому преобразованию солнечной энергии с помощью полупроводниковых фотоэлементов. В основном это плоские кремниевые фотоэлементы, способные преобразовывать как прямой, так рассеянный свет. Их стоимость за последние десять лет снизилась в несколько раз, но цена такой энергии все еще слишком высока.
Ученые пытаются максимально снизить стоимость более простых солнечных элементов. В евроᴨȇйском проекте H - Alpha Solar созданы гибкие солнечные элементы на основе тонкой пленки аморфного кремния на пластине, эффективность котоҏыҳ около семи процентов. В планах - повышение эффективности до 10% и массовое производство рулонов дешевой «солнечной пленки».
«Человеку на острове», чтобы кипятить свой чайник, потребуется порядка ста квадратных метров кремниевых солнечных батарей и очень большой аккумулятор. Это, конечно, лучше, чем гектар водохранилища, но неприемлемо дорого.
- З а к л ю ч е н и е - .
Предлагаются совсем экзотические проекты. В одном из них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная энергия используется для ᴨȇредвижения гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока. Другие ученые предлагают использовать полученную энергию для организации морских ферм, производящих продукты питания.
Литература
Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Общая теория.//М: 2005.
Жуков Г.Ф. Общая теория энергии.//М: 1995.
Илларионов А . Природа российской энергетики. //Вопросы экономики:2003, № 3.
8. Медведев А.В. Пути финансовой стабилизации. //Деньги и кредит:1996, N 7, С.50.
9. Никитин С. Инфляция и возможности ее преодоления.//Экономист: 1995, №8.
Перейти в список рефератов, курсовых, контрольных и дипломов по дисциплине Физика и энергетика
referatwork.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОЛГОГРАДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
по предмету: «Экономика энергоресурсов»
Выполнил: студент III курса
Прекраснов С.А.
Проверила преподаватель:
Першина М.А.
г.Волгоград
1999г.
Оглавление............................................................................... 1
1.Вступление............................................................................ 3
2.Солнечная энергия............................................................... 5
3.Ветровая энергия.................................................................. 5
4.Энергия воды........................................................................ 6
5.Заключение........................................................................... 9
6.Литература........................................................................... 10
Одним из основных факторов экономики любой страны, являются энергоресурсы. Их наличие, виды, доступ к ним значительно влияют на экономическое развитие отдельных отраслей промышленности сельского хозяйства и страны в целом. Наша страна обладает колоссальными запасами различных энергоносителей. Но постоянное развитие промышленности, увеличение роста потребления энергоносителей делает эти запасы не бесконечными. Кроме того, энергоносителей, которые как говорится «лежали на поверхности» становится всё меньше и меньше. И для того, чтобы добыть ту же нефть, газ или уголь приходится разрабатывать труднодоступные районы крайнего Севера, прибрежные шельфы Сахалина и Камчатки и т.д. Всё это сказывается на себестоимости добытой тонны нефти или угля, кубометра газа, а с учётом нынешней Российской экономики делают энергоресурсы не просто дорогостоящими, а их перепродажа фирмами посредниками, не имеющих отношения к производителям энергоресурсов, непременно ведёт к многократному увеличению себестоимости выпускаемой продукции. Однако поскольку практически все производители энергоресурсов являются не государственными предприятиями и монополистами, государство не может повлиять на ценообразование энергоносителей. Другим фактором, влияющим на развитие энергетики, является экология. Казалось бы, имеется дешевая на сегодняшний день атомная и гидроэнергетика, но авария на Чернобыльской атомной станции, затопление территорий со всеми отрицательными последствиями при строительстве гидроэлектростанций, пагубно влияют на окружающую среду. И экологи добились либо прекращения строительства АЭС, либо их перепрофилирования.
Именно поэтому сейчас, как никогда остро, встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? В настоящее время мировой энергетический рынок перенасыщен. Это ведёт к снижению цен на энергоносители на мировых рынках, что также влияет на экономику стран поставщиков нефти, газа и т.д. Однако по подсчётам учёных уже в 21 веке жителям земли придётся столкнуться с проблемой энергоснабжения, т.к. традиционные виды энергоносителей исчерпают себя в большинстве районов мира. В связи с этим учёные всего мира работают над созданием новых, нетрадиционных видов топлива, энергоустановок. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных материальных затрат.
Если в конце прошлого века самая распространенная сейчас энергия - электрическая - играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Вполне реален прогноз, по которому в 2000 году будет произведено 30 тысяч миллиардов киловатт-часов! Гигантские цифры, небывалые темпы роста! И все равно энергии будет мало, потребности в ней растут еще быстрее.
Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше.
Так за чем же остановка? Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себе немало подводных камней.
Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований из других форм. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях.
Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее.
Новые факторы – падение или рост цен на мировом рынке на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.
В разработке Энергетической программы приняли участие виднейшие ученые нашей страны, специалисты различных министерств и ведомств. С помощью новейших математических моделей удалось рассчитать несколько сотен вариантов структуры будущего энергетического баланса страны. Были найдены принципиальные решения, определившие стратегию развития энергетики страны на грядущие десятилетия.
Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах, структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Усовершенствование атомных реакторов, их безопасность позволит существенно увеличить производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в нашей стране намного превосходят запасы в других странах.
На пороге 21 века, учёные трезво отдают себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Колебание на мировых рынках цен на нефть, необходимую не только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило задуматься о других видах топлива, пригодных для замены нефти и газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нет собственных запасов нефти и газа, и которым приходится их покупать.
А пока в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Решение этой задачи исследователи ищут на разных путях. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных, возобновляемых источников энергии-энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца. Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии. В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км2. Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВТ/год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов. Так что электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проводят на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
Другим видом альтернативного энергоносителя является ветровая энергия. Огромная энергия движущихся воздушных масс в сто раз превышает энергетику всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима. Почему же столь обильный, доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой получение электроэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания, современных ветровых установок.
Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек. Преимущества гидроэлектростанций очевидны постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Однако здесь имеются свои недостатки экологического плана, которые ранее при строительстве плотины крупной гидроэлектростанции учитывались не в полном объёме, что в дальнейшем сказалось как на сельскохозяйственном производстве, так и на ихтиологии водных бассейнов. Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строительство крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная энергетическая политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в одной стране мира, развита система мощных гидроэлектростанций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции, дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные промышленные комплексы. В тоже время строительство водохранилищ этих гигантов породили необратимые процессы, такие как заболачивание местности, подтопление подпочвенными водами, нарушение естественных нерестилищ и т.д. Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов. Маленькая европейская страна Исландия "страна льда" в дословном переводе, полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли. Других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников (еще древние римляне к знаменитым баням-термам Каракаллы подвели воду из-под земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт. Тяжёлый экономический кризис, разразившийся в нашей стране в августе 1998 года со всей остротой показал недоработки в нашей энергетике в районах Сахалина и Камчатки где большое количество горячих подземных источников позволило бы своевременно и без больших затрат обеспечить население и промышленность данных регионов электричеством и теплом. Дальнейшее развитие геотермальной энергетики, позволили бы обеспечивать электроэнергией и соседние регионы. Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10^26 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10^18 Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные долитой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде всего нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение", и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом океане. Широкая общественность, да и многие специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их перспективы становятся все более обещающими. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт/ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море. Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей келп, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По имеющимся оценкам, для полного обеспечения энергией каждого человека - потребителя достаточно одного гектара плантаций келпа. Таким образом, в океане, который составляет 71% поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя разницу температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива.
Такие количества энергии, многообразие ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка. В то же время не возникает необходимости зависеть от одного - двух основных источников энергии, какими, например, являются давно использующиеся ископаемые виды топлива и ядерного горючего, методы, получения которого были разработаны недавно.
И тем не менее, несмотря на то, что извлечение энергии океана находятся на стадии экспериментов и процесс ограничен и дорогостоящ, факт остается фактом, что по мере развития научно-технического прогресса энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря. Когда - зависит от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии в различных формах, а в стоимость такого извлечения, которая определит, насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи.
Когда бы это время ни наступило, переход к использованию энергии океана принесет двойную пользу: сэкономит общественные средства и сделает более жизнеспособной третью планету Солнечной системы - нашу Землю.
Впервые удар по общественному карману был нанесен в 1973 году подъемом цен на ископаемые виды топлива.
Экономика, однако, лишь одна сторона дела. Другая сторона относится к странам развивающимся, которые стараются достичь уровня жизни промышленно развитых стран, определяющегося использованием большого количества энергии. Сегодня народы Азии, Африки и Латинской Америки стремятся перейти от общества, в котором используется в основном физический труд, к обществу с развитой индустрией.
Для того чтобы удовлетворить потребность в равноправном распределении дешевой энергии между всеми странами, потребуется такое ее количество, которое, возможно, в тысячи раз превысит сегодняшний уровень потребления, и биосфера уже не справится с загрязнением, вызываемым использованием обычных видов топлива. Тем не менее президент Института исследований исследований в области электроэнергии в Пало Альто (Калифорния) Чонси Старр полагает: "Необходимо признать, что мировое потребление энергии будет развиваться именно в этом направлении и так быстро, как только позволят политические, экономические и технические факторы".
Так как соревнование за обладание истощающимися видами топлива обостряется, расход общественных средств будет расти. Рост этот продолжится, так как необходимо бороться с загрязнением воздуха и воды, теплотой, выделяющейся при сгорании ископаемых видов топлива.
Но стоит ли волноваться в поисках новых источников ископаемого топлива? Зачем дискутировать по вопросу о строительстве ядерных реакторов? Океан наполнен энергией, чистой, безопасной и неиссякаемой. Она там, в океане, только и ждет высвобождения. И это - преимущество номер один.
Второе преимущество заключается в том, что использование энергии океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой планетой. А вот альтернативный вариант, предусматривающий увеличение использования органических и ядерных видов топлива, по мнению некоторых специалистов, может привести к катастрофе: в атмосферу станет выделяться слишком большое количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опасностью человечеству.
За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не только потому, что старый источник был исчерпан.
Солнце светило и обогревало человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.
Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма".
Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти.
И вот новый виток: в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.
Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, могут стать вышеописанные источники.
В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.
Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.
Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.
Яркий пример тому, быстрый старт электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика солнечная.
Энергетика очень быстро аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей, изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со Всем, и Всё тянется к энергетике, зависит от неё.
Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе, кварках, "черных дырах", вакууме, это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.
Не так важно, каково ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве и себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".
В.Володин, П.Хазановский "Энергия, век двадцать первый". А.Голдин
"Океаны энергии".
Л.С. Юдасин "Энергетика: проблемы и надежды".
Теги: Энергия земли Реферат Антикризисный менеджментdodiplom.ru
СОДЕРЖАНИЕ
Вступление
1.Энергетические русурсы Океана
1.1 Термальная энергия
1.2 Энергия приливов
1.3 Энергия волн
1.4 Энергия течений
1.5 «Соленая» энергия
2. Энергия ветра
3. Энергия солнца
Заключение
Вступление
Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущой.
Основу современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используютя практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда — дорогостоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжена с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды.
С середины 20 века началось изучение энергетических ресурсов океана, энергии ветра, солнечной энергии, относящихся к «возобновляемым источниксам энергии».
Океан — гигантский аккумулятор ирансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов — результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.
Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики, а также солнечных и ветровых систем показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба окружающей среде. При проектировании будущих систем энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.
1.Термальная энергия
Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (OТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свс 5одном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине Котел, заполненный фреоном или аммиаком — жидкостями с низкими температурами кипения, омывается теплыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС состав. яет 250 -400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океаноло 'ического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная иде: получения электроэнергии на основе раз-
ности температур подледной воды и воз, ~уха, которая составляет в арктических районах 26 °С и более.
По сравнению с традиционными те: ловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как олее экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду, Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты (см. рис.2 и рис.3).
1.2 Эпергия приливов
Использование энергии приливов началась уже в 20 в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской на Охотском море.
Использование великих сил приливы и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн — интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
1.3 Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде понлавков, маятников, лопастей, оболочек и тл. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научыхых приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже окало 400 маяков и навигационньlх буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волловой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волнсвые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
1.4 Энергия течечений
Наиболее мощные течения океана — потенциальный источник энергии. Современный уровень теххники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущик соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2. м/с, и Флоридского течения.
Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.
1.5 «Соленая» энергия
Соленая вода океанов и морей таит в себе огромные неосвоенные запасы энергии, которая может быть эффективно преобразована в другие формы энергии в районах с большими градиентами солености, какими являются устья крупнейших рек мира, таких как Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое давление, возникающее при смешении пресных речных вод с солеными, пропорционально разности в концентрациях солей в этих водак В среднем это давление составляет 24 атм., а при впадении реки Иордан в Мертвое мсре 500 атм. В качестве источника осмотической энергии предполагается также использовать соляные купола, заключенные в толще океанского дна. Расчеты показали, что при использовании энергии, полученной при растворении соли среднего по запасам нефти соляного купола, можно получить не меньше энергии, чем при использовании содержащейся в нем нефти.
Работы по преобразованию «соленой» энергии в электрическую находятся на стадии проектов и опытных установок.
2. Энергия ветра.
Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея преобразования энергии ветра в электрическую возникла в конце 19в.
В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Средне-
годовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разрушена.
В период энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем расположенные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.
Строительство ВЭС малой мощности для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей морской воды считается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с… Возведение ВЭС большой мощности для передачи электроэнергии в энергосистему страны оправдано там, где среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-б м/с… Так, в Дании — одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.
На тихоокеанском побережье США в Калифорнии, где скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тысяч ветровых установок большой мошности. ВЭС различной мощности действуют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Hталии, Китае, России и других странах.
В связи с непостоянством ветра по скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.
Еще в конце 19 в. ветряной электкродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне «Фрам» для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.
В Дании на полуострове Ютландия в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют шестнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Ежегодно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.
Существует проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно. Главная проблема ветряных электростанций – непостоянство скорости ветра. Место расположения считается удачным, если удается работать в среднем около трети года. Таких мест на Земле не так много, и большинство уже занято. Кроме того, скорость ветра увеличивается с высотой, поэтому использование более высоких конструкций перспективно.
3. Энергия солнца.
Самая первая шкура, которую древний человек высушил с помощью прямого использования солнечной энергии, к сожалению, не сохранилась. А собственные шкуры грели на солнышке даже наши предки обезьяны, не говоря уже о крокодилах.
Легко использовать солнце для отопления и горячего водоснабжения. Впрочем, популярная в России «солнечная установка» — бочка с водой на садовых участках – малоэффективна. Хорошие нагреватели состоят из смотрящего на юг плоского наклонного коллектора солнечных лучей и размещенного над ним бака с водой. Коллектор и бак теплоизолируют. КПД этого простого сооружения достигает 40 – 50%, и оно способно летом нагреть воду до 50 – 70 градусов.
В последнее время стали популярны воздушные коллекторы, встроенные в фасады зданий как элемент архитектуры. Оптимальный наклон коллектора примерно равен широте местности. В Европе, к примеру, на вертикальную стенку в год падает солнечной энергии примерно на 30% меньше, чем на поверхность, расположенную под углом в 45 градусов к горизонту. Такой коллектор выполняет двойную роль – нагревает теплоноситель и уменьшает тепловые потери здания.
Когда кремниевые фотоэлементы были очень дороги и использовались только в космосе, много надежд возлагалось солнечные тепловые электростанции.
Сегодня больше внимания уделяется прямому преобразованию солнечной энергии с помощью полупроводниковых фотоэлементов. В основном это плоские кремниевые фотоэлементы, способные преобразовывать как прямой, так рассеянный свет. Их стоимость за последние десять лет снизилась в несколько раз, но цена такой энергии все еще слишком высока.
Ученые пытаются максимально снизить стоимость более простых солнечных элементов. В европейском проекте H – AlphaSolarсозданы гибкие солнечные элементы на основе тонкой пленки аморфного кремния на пластине, эффективность которых около семи процентов. В планах – повышение эффективности до 10% и массовое производство рулонов дешевой «солнечной пленки».
«Человеку на острове», чтобы кипятить свой чайник, потребуется порядка ста квадратных метров кремниевых солнечных батарей и очень большой аккумулятор. Это, конечно, лучше, чем гектар водохранилища, но неприемлемо дорого.
Заключение.
Предлагаются совсем экзотические проекты. В одном из них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная энергия используется для передвижения гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока. Другие ученые предлагают использовать полученную энергию для организации морских ферм, производящих продукты питания.
Литература
1. Видяпин В.И., Журавлева Г.П. Физика. Общая теория.//М: 2005.
2. Жуков Г.Ф. Общая теория энергии.//М: 1995.
3. Илларионов А. Природа российской энергетики. //Вопросы экономики:2003, № 3.
4. 8. Медведев А.В. Пути финансовой стабилизации. //Деньги и кредит:1996, N 7, С.50.
5. 9. Никитин С. Инфляция и возможности ее преодоления.//Экономист: 1995, №8.
www.ronl.ru
