Альтернативные источники энергии

 

ВВЕДЕНИЕ

Энергия - не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле - естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются  с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах - размножителях плутоний. Поэтому сейчас используют новые источники энергии, которые называются альтернативными, именно им и посвящен мой реферат.

Цель работы - прежде всего, ознакомиться с современными (альтернативными) источниками энергии к которым относятся: солнечная и геотермальная энергия, атомная, энергия ветра, гидроэнергетика, сравнить их преимущества и недостатки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Виды и характеристики источников энергии

Существует много видов  источников энергии. Я же свой реферат  посвятила пяти источникам энергии, которые, на мой взгляд, являются наиболее значимыми. Это

1.солнечная энергетика

2.ветроэнергетика

3.геотермальная энергетика

4.атомная энергетика

5.гидроэнергетика

Основными характеристиками источников энергии являются:

принцип работы и внешний  облик электростанций, преимущества и недостатки, применение на практике и стоимость.

1.1 Солнечная энергетика

Солнечная энергетика —  направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании  солнечного излучения для получения  энергии в каком-либо виде. Солнечная  энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных  отходов. Производство энергии с  помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Солнечная энергетика основывается на том, что поток солнечного излучения, проходящего через участок площадью 1 м.кв., расположенный перпендикулярно  потоку излучения на расстоянии одной  астрономической единицы от Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м.кв. Через поглощение, при прохождении атмосферы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) - 1020 Вт/м.кв. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичный горизонтальный участок как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение еще в два раза меньше.

Используют солнечную  энергию в основном двумя методами - в виде тепловой энергии путем  применения различных термосистем  или посредством фотохимических реакций.

Известны следующие способы  получения энергии за счет солнечного излучения:

1. Получение электроэнергии  с помощью фотоэлементов.

2. Преобразование солнечной  энергии в электрическую с  помощью тепловых машин:

а) паровые машины (поршневые  или турбинные), использующих водяной  пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

б) двигатель Стирлинга  и т.д.

3. Гелиотермальная энергетика - преобразование солнечной энергии  в тепловую за счет нагрева  поверхности, поглощающей солнечные  лучи.

4. Солнечные аэростатные  электростанции (генерация водяного  пара внутри баллона аэростата  за счет нагрева солнечным  излучением поверхности аэростата,  покрытой селективно-поглощающим  покрытием).

1.2 Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль  энергетики, специализирующаяся на использовании  энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергия ветра производится массивными трехлопастными ветротурбинами, устанавливаемыми на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электричество для получения ветра, турбины используют ветер для получения электричества.

В общих чертах, устройство ветровой электростанции выглядит следующим  образом. Ветер вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который  соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт = 1 миллиону ватт) электроэнергии. В жилых домах, на телекоммуникационных станциях и в водяных насосах в качестве источника энергии применяются небольшие одиночные ветротурбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных районов, в которых отсутствует энергосистемы общего пользования.

В ветровых установках группы турбин связаны вместе с целью  выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество  подается потребителям посредством  линий передач и распределительных  линий.

Для достижения этой и других целей два основных научно-исследовательских  лабораторных центра МЭ - Национальная лаборатория возобновляемой энергии (НЛВЭ) в штате Колорадо и Национальные лаборатории в районе Сандия в  штате Нью-Мексико проводят работу с партнерами в этой отрасли и  исследователями из университетов, направленную на дальнейшее продвижение  технологий энергии ветра. Каждая из этих лабораторий располагает уникальными  научными кадрами и потенциальными возможностями для удовлетворения потребностей данной отрасли.

Национальный центр НЛВЭ по технологиям энергии ветра (НЦТЭВ) является ведущим научно-исследовательским  учреждением по разработке и реализации вышеупомянутой программы энергии  ветра. НЦТЭВ проводит научные исследования и оказывает поддержку партнерам  в этой отрасли в проектировании и аналитическом изучении проектов, разработке компонентов технологий, проведении системного анализа и  анализа регулирующих устройств, организации  и проведении испытаний, интеграции коммунальных предприятий, оказании технической  помощи и т.д. Национальные лаборатории  в районе Скандии проводят научные исследования в таких областях, как изготовление самого современного оборудования, проверка надежности отдельных узлов, аэродинамика, структурный анализ, изношенность материала и создание систем контроля.

За последние десятилетия  масштабы отрасли по производству энергии ветра небывало возросли, благодаря проведению правительством политики поддержки этой индустрии и работе, проводимой исследователями в рамках программы МЭ по энергии ветра в сотрудничестве с партнерами в этой отрасли промышленности с целью создания инновационных и менее дорогостоящих технологий, оказания содействия росту рынка и выявлению новых сфер применения энергии ветра.

1.3 Геотермальная энергетика

Геотермальная энергетика —  направление энергетики, основанное на производстве электрической и  тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

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.

Энергетика земли (геотермальная  энергетика) базируется на использовании  природной теплоты Земли. Недра  Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии. Ежегодное излучение внутреннего  тепла на нашей планете составляет 2,8 * 1014 млрд. кВт * час. Оно постоянно  компенсируется радиоактивным распадом некоторых изотопов в земной коре.

Источники геотермальной энергии могут быть двух типов:

1.Подземные бассейны естественных теплоносителей – горячей воды (гидротермальные источники), или пара (паротермальные источники), или пароводяной смеси.

2.Тепло горячих горных пород. Закачивая в такие горизонты воду, можно также получить пар или перегретую воду для дальнейшего использования в энергетических целях.

Но в обоих вариантах  использования главный недостаток заключается, пожалуй, в очень слабой концентрации геотермальной энергии. Впрочем, в местах образования своеобразных геотермических аномалий, где горячие источники или породы подходят сравнительно близко к поверхности и где при погружении вглубь на каждые 100 м температура повышается, на 30-40.°С, концентрации геотермальной энергии могут создавать условия и для хозяйственного её использования. В зависимости от температуры воды, пара или пароводяной смеси геотермальные источники подразделяются на низко- и среднетемпературные (с температурой до 130 – 150° С) и высокотемпературные (свыше 150°). От температуры во многом зависит характер их использования.

 

 

 

 

 

1.4Атомная энергетика

Атомная энергетика — это  отрасль энергетики, занимающаяся производством  электрической и тепловой энергии  путём преобразования ядерной энергии.

В настоящее время примерно 17% объема мирового производства электростанций (АЭС). В некоторых странах её доля значительно больше.

Более сорока лет назад, когда  дала ток первая в мире атомная  электростанция считалось, что атомная энергетика вполне безопасна.  Авария на американских АЭС и, а затем катастрофа на Чернобыле показали, что на самом деле атомная энергетика сопряжена с опасностью.

Однако накопленный опыт и новые технологии позволяют  строить ядерные реакторы, вероятность  выхода которых из-под контроля хотя и не равна нулю, но крайне мала.

Атомной энергетике предшествовали испытания ядерного оружия.

На Земле и в атмосфере  испытывались атомные и термоядерные бомбы. В то же время инженеры разрабатывали  и ядерные реакторы для производства электрической энергии.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США  осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических  кораблей, кроме того, предпринимались  попытки создать ядерный двигатель для самолётов.

В последнее время предлагается различные конструктивные решения  атомных электростанций, в том  числе и модульные модификации  при подземном расположении ядерного реактора.

 

 

 

 

1.5 Гидроэнергетика

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Первоначально энергию потока воды использовали в приводах рабочих  машин - мельниц, станков, молотов воздуходувок и т.д. С изобретением гидравлической турбины, электрической машины и  способа передачи электроэнергии на значительные расстояния гидроэнергетика  приобрела новое значение уже  как направление электроэнергетики, связанное с освоением водной энергии путем преобразования ее в электрическую на гидроэлектрических станциях (ГЭС). ГЭС являются мобильными энергетическими установками, выгодно  отличающимися от тепловых электростанций в отношении регулирования частоты, покрытия пиковых нагрузок и обеспечения  аварийного резерва энергосистемы.

Технический потенциал гидроэнергетических  ресурсов крупных и средних рек  России оценивается мощностью в 240 млн. кВт или 2100 млрд. кВт/ч годовой  выработки электрической энергии, а экономически эффективные гидроэнергетические  ресурсы составляют около 125 млн. кВт или 1095 млрд. кВт/ч. ГЭС удовлетворяют около 15% общей потребности в электроэнергии.

Однако использование гидроэнергии применительно к нашей стране имеет некоторые особенности. А именно основная масса энергоресурсов находится в восточных районах, в то время как большая часть населения проживает в западных и южных районах страны.

Другая важная особенность  использования гидроресурсов заключается  в значительной неравномерности  речного стока во времени, зависящей  от разнообразных причин (величины водостока, его рельефа, климатической  зоны и т.д.).

Кроме того, проявляется  еще одна особенность в эксплуатации гидроресурсов. В летнее время требуется  заполнять водохранилище ГЭС, чтобы  сравниваться с максимальными нагрузками осенью и зимой, а вода в этот период требуется для полива сельскохозяйственных культур.

2.Сравнительный анализ источников энергии

Итак, сравнивая между  собой пять видов источников энергии можно увидеть, что у каждого из них есть свои преимущества и свои недостатки. Например солнечная, ветровая, гидроэнергетика, несмотря на их большое преимущество в доступности и относительно широкой распространенности обладают существенным недостатком, который состоит в их нестабильности и в непредсказуемости.

Рассматривая отдельно, атомную  энергетику можно заметить, что она является наиболее экологически чистым способом получения энергии, также она имеет низкую стоимость. Атомная энергетика основана на применении нового вида топлива, которое не надо добывать в шахтах нескончаемым потоком, и чей беспламенный «огонь» не загрязняет атмосферу дымом и сажей, в отличие от многих других источниках энергии. Но для того чтобы её использовать нужно повысить надежность работы ядерного реактора, чтобы не повторился случай как в Чернобыле.