МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»
РЕФЕРАТ
на тему «Альтернативная энергетика»
по дисциплине «Введение в направление»
Проверил: Выполнил:
проф. Щинников П.А. студент Сухоруков Д.А.
группа ТЭ-52
Отметка о защите
________________
Новосибирск, 2009
Введение
«Пусть не напрасно греет и светит солнце.
Пусть не напрасно течет вода и бьют волны о берег.
Надо отнять у них дары природы и покорить их,
Связав по своему желанию»
Данте Алигьери
(1265-1321)
О, как был прав этот итальянский поэт, произнося эти слова. Ведь природа таит в своих кладовых такое громадное количество энергии. Нефть, уголь и природный газ-это не маловажные, но отнюдь не единственные источники на Земле. И к тому же они имеют свойство заканчиваться. Что и происходит. А ведь существует не мало альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра, солнца, тепла Земли, гидроэнергия и прочее. В европейских странах небольшие города практически полностью обеспечиваются электро — энергией, полученной, например, от ветроустановок или от солнечных батарей. И это не фантастика. Работы в этом направлении ведутся уже многие годы и достигнуты не малые успехи. У нетрадиционной энергетики немало противников, но альтернативные источники энергии внедряются в энергосистему все глубже и глубже. И несомненно, что рано или поздно нетрадиционные и возобновляемые источники энергии займут свое достойное место.
1.Перспективы альтернативных источников энергии
Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Их прогнозные ресурсы оцениваются, соответственно, в 15 трлн т,500 млрд. т и 400 трлн м/>, при разведанных запасах 1685 млрд т,137 млрд т и 140 трлн м/>.При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 400 лет, нефти на 42 года и газа на 61 год. Часть прогнозных ресурсов так же будет освоена, но стоимость их добычи будет постоянно расти. [1]
Стоимость будет расти, а сами ресурсы будут медленно, но верно сокращаться, ведь уголь, нефть и газ-это не возобновляемые источники энергии и рано или поздно они закончатся. Следовательно, мы должны использовать их рационально, стараться экономить. Альтернативная энергетика может помочь нам это сделать. Именно поэтому во многих странах мира ведутся исследования по расширению использования альтернативных источников энергии-торфа, горючих сланцев, битумов, нетрадиционных газов, энергии тепла земли, солнца, ветра, океана, биосинтеза и др. В таблице 1 представлены альтернативные источники энергии, получившие наибольшее распространение. [2]
Таблица 1
/>
В ряде стран в этом направлении достигнуты определенные успехи: из угольных пластов добывается метан, работают солнечные, ветровые, гидротермальные электростанции, из отходов вырабатывается биогаз, из биомассы получают моторное топливо и т.д. Работы в этом направлении ведутся и в России. На рис. 1 показаны районы с наиболее развитыми ВИЭ [2]
/>
Многие столетия основным источником энергии в мире являлись обыкновен-
-ные дрова и другое растительное топливо. А чем же мы будем согревать и освещать свои жилища завтра?.. Давайте посмотрим.
2.Ресурсы альтернативной энергетики
2.1.Ветроэлектростанции.
Человек пытался ''приручить'' ветер с незапамятных времен, и у него это получилось. Парус-простое и гениальное изобретение. Люди пускались в плавания под парусами и открывали новые страны, и даже материки. А как же ветер может послужить нам сейчас? Может! И служит! Наверняка все мы слышали, а может, и видели ветряные мельницы. Ветер дует, вращает лопасти, которые в свою очередь приводят во вращение жернова и мы получаем муку. А ведь человек научился получать и электроэнергию. На рис.2 показана схема устройства ветроколеса. [2]
/>
Рис.2 Ветроколесо
/>
Рис 3.Общий вид ветроустановки на 8 кВт.
Вращаясь, ветроколесо, соединенное с валом электрогенератора приводит его во вращение и вот мы уже получаем электроэнергию. Ветроустановки бывают различных типов и конструкций, но наибольшее распространение получили крыльчатые ветродвигатели.Хорошие аэродинамические качества крыльчатых ветродвигателей, конструктивная возможность изготовлять их на большую мощность, относительно лёгкий вес на единицу мощности – основные преимущества ветродвигателей этого класса.
Коммерческое применение крыльчатых ветродвигателей началось с 1980 года. За последние 14 лет мощность ветродвигателей увеличилась в 100 раз: от 20-60 кВт при диаметре ротора около 20 м в начале 1980 годов до 5000 кВт при диаметре ротора свыше 100 м к 2003 году. Некоторые прототипы ветродвигателей имеют еще большие мощность и диаметр ротора. За тот же период стоимость генерируемой ветряками энергии снизилась на 80 % [2].
2.2.Геотермальная энергетика.
В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий
энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних
геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в по-
родах гранитной и осадочной оболочек, а вероятно, и в верхних частях ман-
тии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при темпера-
туре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии.
На глубине 50-60 км при давлениях около 3·104 атм. исчезает граница фазово-
сти, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.
В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород,
содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре
следует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальной
оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару толь-
ко на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная
оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не только горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с
температурой 180-200° С и выше.
Подсчеты запасов термальных вод основываются на имеющихся данных об объемах гравитационных вод, заключенных в пластах, объемах самих
водоносных горизонтов и коллекторских свойствах слагающих их горных
пород. Запасы термальных вод представляют собой общее количество выявленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах водоносных горизонтов, имеющих температуру 40-200° С, минерализацию до 35 г/л и глубину залегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности.
С развитием глубокого бурения на 10-15 км открываются многообещающие перспективы вскрытия высокотемпературных источников тепла. На таких глубинах в некоторых районах страны (исключая вулканические) температура вод может достигнуть 350° С и выше. [2]
2.3.Гидроэнергетика.
Гидравлическая энергия рек представляет собой работу, которую совершает текущая в них вода. Человек издревле использовал эту энергию. Он изобрел водяное колесо, которое служило приводом для разных механизмов. А по прошествии столетий человек научился добывать из воды сотни мегаватт электрической энергии. И это величайшее достижение. Ведь все мы знаем о круговороте воды в природе. Следовательно, наши реки и моря будут всегда пополняться и нести свои бурные воды в мировой океан. В настоящее время для получения электроэнергии люди используют речной сток, энергию приливов и отливов, энергию течений, энергию волн, тепловую энергию океана и еще массу вещей. Наибольшие успехи достигнуты в использовании речного стока на гидроэлектростанциях (ГЭС). ГЭС являются составной частью электроэнергетических систем, а во многих случаях и водохозяйственных систем.
2.3.1.ГЭС.
Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, при помощи которых осуществляется концентрация водной энергии и ее преобразование в электроэнергию. Концентрация водной энергии заключается в сосредоточении падения напора реки в створах, удобных для строительства ГЭС. На рис 4 представлена простейшая схема ГЭС.
/>
Рис 4.Схема ГЭС. [3]
В водохранилище перед плотиной содержаться миллионы кубометров воды. Эта запасенная вода, необходимая для работы станции. В здании ГЭС установлены гидро-машины, которые вращаясь под напором воды, приводят в движение вал электрогенератора, на клеммах которого появляется электроэнергия.
2.3.2.Энергия морских приливов.
Периодические изменения уровня воды в морях и океанах, называемые прили-вами и отливами, происходят под действием сил притяжения в космической системе Земля-Луна-Солнце. Смена приливов и отливов наблюдается на большинстве морских побережий 4 раза в сутки. Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с.
Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае. Из современных ПЭС наиболее хорошо известны крупномасштабная электростанция Ранс мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ранс (Бретань, Франция).
Преобразование энергии отливов и приливов в электрическую на ПЭС происходит по следующей схеме.
/>
Суженный створ пролива или устья реки перегораживается путем сооружения здания станции и плотины. При этом образуется бассейн, куда во время прилива вода поступает из моря, а при отливе — обратно. Разность уровней воды в море и бассейне обеспечивает работу гидротурбин. При выравнивании уровней воды в бассейне и море и сокращении напора ниже минимально необходимого для работы турбин значения они останавливаются до следующего восстановления напора во время прилива или отлива. На рис 5 показан принцип действия ПЭС.
/>
Рис 5.Принцип действия ПЭС [4]
Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных
районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям нави-
гации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточ — но точно, с погрешностью менее 4%. Таким образом, приливная энергия
оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.
2.4.Гелиоэнергетика.
Общее количество энергии, идущей от Солнца к Земле-123 трлн. т у.т. в год-в 3000 раз больше, чем энергия всех остальных видов топлива.
Существуют два типа преобразования солнечной энергии — в электричес — кую и тепловую. В свою очередь, электроустановки бывают двух основных видов:
-солнечная энергия нагревает воду или другое рабочее тело до парообразного состояния, пар направляется в турбину, вращающую электрогенератор;
-солнечная энергия преобразуется непосредственно в электрическую с помощью фотоэлементов. Наверняка каждый из нас пользовался калькулятором на солнечной батарее или смотрел время по часам с солнечной батарейкой. Это самый распространенный способ использования солнечной энергии. А в эпоху борьбы за экологию и чистоту окружающего воздуха человек стал изобретать машины, которые заряжаются от солнца и движутся без капли бензина. И таких разработок в настоящее время все больше и больше. И не исключено, что когда нибудь мы повсеместно перейдем на эту чистую и бесплатную энергию.
В настоящее время в европейских странах существуют проекты и действующие системы обеспечения отдельных домов теплом и электричеством, используя лишь солнечную энергию. На крыше такого дома обычно расположены солнечные батареи, а так же солнечные коллекторы для нагрева воды. Жить в таком доме я думаю очень приятно, когда ты знаешь, что тебя греет Солнце.
Конечно в этом вопросе еще много не ясного и не понятного, но человек, ни за что не упустит такое количество бесплатной энергии и доля электроэнергии полученной за счет солнца будет только расти.
Заключение
Несомненно, что в ближайшие десятилетия уголь, нефть и газ будут основополагающими топливами для получения электрической и тепловой энергии. И самая главная этому причина — их относительная простота добычи и непосредственно использования в качестве топлива. В настоящем реферате показаны некоторые альтернативные источники энергии, рассмотрены наиболее распространенные и работоспособные схемы получения электрической энергии при помощи солнца, ветра, морских течений и т.д. Все эти схемы опираются на реально существующие и работающие установки. Так что сокращение потребления органического топлива электростанциями для выработки электроэнергии не такая уж и фантастика, а вполне осуществимая задача, в решении которой альтернативная энергетика сыграет решающую роль.
Литература
1. Голицын М. В. Альтернативные энергоносители. – М.: Наука,2004.-159 с.
2. Агеев В. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)
3. Обрезков В. И. Гидроэнергетика. – М.: Энергоиздат,1981.-608 с.
4. Коробков В. А. Преобразование энергии океана. – Л.: Судостроение,1986.
www.ronl.ru
В связи с развитием производственных технологий и значительным ухудшением экологической ситуации во многих регионах земного шара, человечество столкнулось с проблемой поиска новых источников энергии. С одной стороны, количество добываемой энергии должно быть достаточным для развития производства, науки и коммунально-бытовой сферы, с другой стороны, добыча энергии не должна отрицательно сказываться на окружающей среде.
Данная постановка вопроса привела к поиску так называемых альтернативных источников энергии — источников, соответствующих вышеуказанным требованиям. Усилиями мировой науки было обнаружено множество таких источников, на данный момент большинство из них уже используется более или менее широко. Предлагаем вашему вниманию их краткий обзор:
Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах, они преобразуют солнечную энергию в электрическую. Существуют разные способы такого преобразования и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.
Ветроэнергетические установки (ветряные электростанции) широко используются в США, Китае, Индии, а также в некоторых западноевропейских странах (например в Дании, где 25% всей электроэнергии добывают именно таким способом). Ветроэнергетика является весьма перспективным источником альтернативной энергии, в настоящее время многие страны значительно расширяют использование электростанций данного типа.
Главными преимуществами данного источника энергии перед другими видами топлива являются его экологичность и возобновляемость. К альтернативным источникам энергии относятся не все виды биотоплива: традиционные дрова тоже являются биотопливом, но не являются альтернативным источником энергии. Альтернативное биотопливо бывает твердым (торф, отходы деревообработки и сельского хозяйства), жидким (биодизель и биомазут, а также метанол, этанол, бутанол) и газообразное (водород, метан, биогаз).
В отличие от традиционной гидроэнергетики, использующей энергию водного потока, альтернативная гидроэнергетика пока не получила широкого распространения. К главным минусам приливных электростанций относятся высокая стоимость их строительства и суточные изменения мощности, их за которых электростанции этого типа целесообразно использовать только в составе энергосистем, использующих также и другие источники энергии. Основные плюсы — высокая экологичность и низкая себестоимость получения энергии.
Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Петротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.
(Вспышки молний на поверхности Земли происходят практически одновременно в самых разных местах планеты)
Грозовая энергетика, основывающаяся на захвате и накоплении энергии молний, пока находится в стадии становления. Главными проблемами грозовой энергетики являются подвижность грозовых фронтов, а также быстрота атмосферных электрических разрядов (молний), затрудняющая накопление их энергии.
xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai
Содержание
Введение
Основные направления альтернативной энергетики
Альтернативный источник энергии
Классификация источников
Ветроэнергетика
Гелиоэнергетика
Геотермальная энергетика
Космическая энергетика
Водородная энергетика и сероводородная энергетика
Биотопливо
Распределённое производство энергии
Перспективы
Вывод
Введение
В теплоэнергетике в настоящее время более 180 тысяч малых и мелких котельных индивидуальных, отопительных, с общей теплопроизводительностью 680 млн. Гкал в год и расходом топлива 140 млн. т.у.т. или 30% от расхода топлива, затраченного на производство тепла.
Действующие теплоустановки возобновляемой энергетики (2008 год):
- солнечные системы теплоснабжения с площадью солнечных коллекторов до 100 тыс. кв.м;
- более 3000 тепловых насосов единичной мощностью от 4 кВт до 8 МВт;
- около 20 биоэнергетических установок по переработке отходов животноводства и птицеводства с выработкой биогаза;
- геотермальное теплоснабжение в объеме 3 млн. Гкал в год;
- 8 мусоросжигающих заводов;
- 4 станции по переработке городских сточных вод;
- несколько котельных на отходах лесопереработки.
Принцип получения тепла, ничем не отличается от принипа получения электрической энергии, просто процесс короче на один шаг.
Суммарная доля малой и возобновляемой энергетики составляет около 160 млн. т.у.т. в год или 17% от внутреннего потребления в 1995 г. (948 млн. т.у.т.).
Что объединяет малую и возобновляемую энергетику? Их объединяет, несмотря на принципиально разные ресурсы (невозобновляемые и возобновляемые) и различное влияние на окружающую среду:
1) предназначение для непосредственного удовлетворения бытовых и производственных нужд человека и небольших коллективов в электрической и тепловой энергии;
2) ориентация на местные виды ресурсов;
3) возможность комбинированного использования для достижения экономичного и надежного энергоснабжения.
Во имя чего следует развивать эти отрасли энергетики? Энергетическая стратегия России дает ответ на этот вопрос, объявляя высшим приоритетом энергообеспечение населения. Другими словами речь идет о надежном обеспечении энергией, светом, теплом, чистой водой, топливом для приготовления пищи, почтовой, телеграфной и телефонной связью людей, проживающих в районах автономного (децентрализованного) энергоснабжения и энергодефицитных районах. А это касается 20-30 млн. человек. Эти цифры получены следующим образом: взглянем на карту России. Зоны децентрализованного энергоснабжения и неэлектрифицированные зоны составляют около 70% территории. Неэлектрифицированные поселения встречаются и в зонах централизованного энергоснабжения.
Однако не все социальные проблемы решаются энергетическими стратегиями. И ни одна техническая проблема не решится этой стратегией. Т.е. существует ряд проблем (технических, экономических, социальных) и мифов замедляющих процесс развития альтернативной энергетики.
Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.
Основные направления альтернативной энергетики
ветроэнергетика
Автономные ветрогенераторы
гелиоэнергетика
Солнечный водонагреватель
Солнечный коллектор
Фотоэлектрические элементы
альтернативная гидроэнергетика
приливные электростанции
волновые электростанции
мини и микро ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)
водопадные электростанции
геотермальная энергетика
Тепловые и электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта по средством теплообмена)
космическая энергетика
Получение электроэнергии в фотоэлектрических элементах, расположенных на орбите Земли. Электроэнергия будет передаваться на землю в форме микроволнового излучения.
водородная энергетика и сероводородная энергетика
Водородные двигатели (для получения механической энергии)
Топливные элементы (для получения электричества)
биотопливо
Получение биодизеля
Получение метана и синтез-газа
Получение биогаза
распределённое производство энергии
Новая тенденция в энергетике, связанная с производством тепловой и электрической энергии.
Альтернативный источник энергии
Альтернативный источник энергии — способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.
Классификация источников
| Тип источников | Преобразуют в энергию |
| Ветряные | движение воздушных масс |
| Геотермальные | тепло планеты |
| Солнечные | электромагнитное излучение солнца |
| Гидроэнергетические | падение воды |
| Биотопливные | теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта) |
Ветроэнергетика
— отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт, увеличившись вшестеро с 2000 года.
Экономия топлива
Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.
Себестоимость электроэнергии
Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра.
экономические проблемы
Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию.
Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляюмую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередач оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.
Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием.
Экологические аспекты ветроэнергетики.
Выбросы в атмосферу
Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота .
Шум
Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:
механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)
Низкочастотные вибрации
Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.
Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.
Обледенение лопастей
При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлет льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.
Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.
Визуальное воздействие
Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.
Использование земли
Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход.
Радиопомехи
Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.
Вред, наносимый животным и птицам
Использование водных ресурсов
В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.
Гелиоэнергетика
получение энергии от Солнца.
Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.
Солнечные батареи имеют ряд преимуществ: они могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, легко трансформируются, используются в отдалённых районах.
Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт\час электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ.
Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно.
Гидроэнергетика
- это использование энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды.
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (схема)
Плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
Геотермальная энергетика
— производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам.
вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.
Классификация геотермальных вод
По общей жесткостиочень
По кислотности, рН
По газовому составу
По газонасыщенности
Особенности
Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
Возобновляемый источник энергии
Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
Водохранилища часто занимают значительные территории
Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
средние — до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
высоконапорные — более 60 м;
средненапорные — от 25 м;
низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
Русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
Плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
Деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида безнапорные, или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.
Основные сферы применения и достоинства новых космических энергетических систем
Космическая энергетика
Бестопливная космонавтика и освоение космического пространства.
Существует реальная возможность использования этих устройств в ионосферах иных планет и их спутников, поскольку уже установлено, что во многих околопланетных пространствах уже сконцентрирована и непрерывно восполняется от Солнца огромная не используемая до сих пор возобновляемая электроэнергия движущихся заряженных частиц природной плазмы в магнитосфере планет, например, на Марсе, Сатурне, Юпитере, Ио. Такая новая энергетика вполне реальна и такая бестопливная пилотируемая орбитальная космонавтика существенно удешевит освоение космического пространства.
Решение экологических глобальных проблем.
Применение возобновляемой энергии природного электричества и магнетизма в нуждах космонавтики и энергетики существенно улучшит глобальную экологию планеты и снизит ее влияние от космонавтики и планетарной энергетики в целом, поскольку тогда не надо будет осуществлять частые запуски ракетоносителей и сжигать сырье и топлива на планете.
Дешевая и быстродействующая всемирная космическая связь.
Бестопливная орбитальная космонавтика позволяет резко удешевить и повысить быстродействие всех систем космической связи и телекоммуникаций.
Управление погодой и многими природными планетарными явлениями.
Устранение и снижение мощности многих планетарных стихийных явлений.
Благодаря полезному использованию мизерной части непрерывно возобновляемой от Солнца энергии природных источников электроэнергии околоземного пространства становится возможным и перспективным создание новой экологически чистой бестопливной энергетики и бестопливной орбитальной космонавтики. В результате экология планеты существенно улучшится. На основе такой космической энергетики и бестопливной космонавтики произойдет революция во всех системах передачи информации. Они станут полностью беспроводными и дешевыми в эксплуатации. А именно, произойдет резкое удешевление и увеличение их быстродействия и пропускной способности, поскольку сейчас именно телефонные линии связи тормозят прогресс в системах связи. Бестопливная космическая энергетика позволит предотвращать многие природные аномальные и стихийные явления и катаклизмы. Таким образом, новая космическая энергетика и бестопливная космонавтика открывают новые горизонты прогресса человечества.
Водородная энергетика и сероводородная энергетика
— направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики).
Производство водорода
В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода. Все цены приведены для США, 2004 год.
Паровая конверсия природного газа / метана
В настоящее время данным способом производится примерно половина всего водорода. Водяной пар при температуре 700—1000 °С смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2-5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $2-2,50, включая доставку и хранение.
Газификация угля.
Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800—1300 °С без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. Электричество будут вырабатывать топливные элементы, используя в качестве горючего водород, получающийся в процессе газификации угля.
В декабре 2007 года была определена площадка для строительства первой пилотной электростанции проекта FutureGen. В Иллинойсе будет построена электростанция мощностью 275 МВт. Общая стоимость проекта $1,2 млрд. На электростанции будет улавливаться и храниться до 90 % СО2.
Из атомной энергии
Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз.
Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода. Ведутся работы по созданию атомных электростанций следующего поколения. Исследовательская лаборатория INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) (США) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750 тыс. литров бензина.
Электролиз воды
h3O+энергия = 2h3+O2
Обратная реакция происходит в топливном элементе. Себестоимость процесса $6-7 за килограмм водорода при использовании электричества из промышленной сети
В будущем возможно снижение до $4 за килограмм.
$7-11 за килограмм водорода при использовании электричества, получаемого от ветрогенераторов.
В будущем возможно снижение до $3 за килограмм.
$10-30 за килограмм водорода при использовании солнечной энергии. В будущем возможно снижение до $3-4 за килограмм.
Водород из биомассы.
Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500—800 °С (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется h3, CO и Ch5.
Себестоимость процесса $5-7 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до $1,0—3,0.
В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.
Снижение цены водорода возможно при строительстве инфраструктуры по доставке и хранению водорода. После небольших изменений водород может передаваться по существующим газопроводам природного газа.
Водород в настоящее время, в основном, применяется в технологических процессах производства бензина и для производства аммиака. США ежегодно производят около 11 миллионов тонн водорода, что достаточно для годового потребления примерно 35—40 миллионов автомобилей.
Департамент Энергетики США (DoE) прогнозирует, что стоимость водорода сравняется со стоимостью бензина к 2015 году.
Биотопливо
— это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).
Биодизель — топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.
Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.
Биогаз — продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.
Биоводород — водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.
Экономический эффект
По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплив приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15%.
Распределенное производство энергии
(англ. Distributed power generation) — концепция распределенных энергетических ресурсов подразумевает наличие множества потребителей, которые производят тепловую и электрическую энергию для собственных нужд, направляя их излишки в общую сеть.
В настоящее время промышленно развитые страны производят основную часть электроэнергии централизованно, на больших энергостанциях, таких как угольные электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции или электростанции на природном газе. Такие электростанции имеют превосходные экономические показатели, но обычно передают электроэнергию на большие расстояния. Строительство большинства из них было обусловлено множеством экономических, экологических, географических и геологических факторов, а также требованиями безопасности и охраны окружающей среды. Например, угольные станции строятся вдали от городов для предотвращения сильного загрязнения воздуха, влияющего на жителей. Некоторые из них строятся вблизи угольных месторождений для минимизации стоимости транспортировки угля. Гидроэлектростанции должны находится в местах с достаточным энергосодержанием (перепад уровней на расход воды). Большинство энергостанций слишком далеко расположены, чтобы использовать их побочное тепло для обогрева зданий. Низкое загрязнение окружающей среды — критическое преимущество комбинированных энергостанций, работающих на природном газе. Это позволяет им находиться достаточно близко к городу для централизованного теплоснабжения и охлаждения. Другой подход — распределенное производство электроэнергии. При этом снижаются потери электроэнергии при транспортировке из-за максимального приближения электрогенераторов к потребителям электричества, вплоть до расположения их в одном здании. Такой подход также ведет к уменьшению числа и протяженности линий электропередач, которые необходимо построить. Типичное распределенное производство электроэнергии характеризуется низкими затратами на обслуживание, низким загрязнением окружающей среды и высокой эффективностью. Объединение распределенных генераторов энергии может выступать в качестве виртуальной ТЭЦ. В качестве синонима может использоваться термин "децентрализованное производство энергии", который не отражает специфической особенности — наличие общей сети обмена электро- и тепловой энергии. В рамках концепции децентрализованного производства электроэнергии возможно наличие общей сети электроэнергии и системы местных котельных, производящих исключительно тепловую энергию для нужд населенного пункта/предприятия/квартала.
Перспективы
На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего около 1 % мировой выработки электроэнергии. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.
Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании,Канаде, России, Индии, Китае.
Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах.
В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае.
В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый cпирт.
Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и грядущим топливным дефицитом в традиционной энергетике.
По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.
Вывод
Российский рынок обладает колоссальным потенциалом в области развития альтернативных видов энергетики и в будущем может стать одним из ключевых игроков на мировом рынке альтернативной энергетики.
К сожалению, в нашей стране в плане экономики не возможны многие проекты по развитию альтернативной энергетики.
Однако, анализ российского сельскохозяйственного сектора показывает, что биогазовые технологии не только экономически оправданы, но и могут создать условия для более интенсивного развития сельского хозяйства РФ, решить проблему отходов АПК и слабого развития энергетической инфраструктуры в сельских районах.
Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов – чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. Это приводит к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн га сельскохозяйственных земель заняты под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.
bukvasha.ru
