Возобновляемые источники энергии. Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

 ВПО «Уральский  федеральный университет имени  Первого Президента 

Российской Федерации  Б.Н.Ельцина»

 

Кафедра «Энергосбережения»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Возобновляемые источники  энергии. Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале

 

 

 

 

           Преподаватель       __________________         В.Ю.Балдин

 

                                          Студент              __________________        Е.А. Шиляева

гр. МТ-301501 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………........              2

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ……………………………………….              4

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  В РОССИИ И НА УРАЛЕ        5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ  ………………………………………………………..…….              11

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………..……...             12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В последние  годы крайне популярно  стало понятие  «возобновляемые  источники энергии (ВИЭ)». Оценки возможностей их широкого применения колеблются от восторженных до умеренно пессимистических. 

Энергетический кризис 1973-1974 годов  в капиталистических странах  показал, что трудно постоянно наращивать энерговооруженность производства, основываясь лишь на традиционных источниках энергии (нефти, угле, газе). Энерговооруженность общества – основа его научно-технического прогресса, база развития производительных сил.  Необходимо не только изменить структуру их потребления, но и шире внедрять нетрадиционные, альтернативные источники энергии.

В отличие от ископаемых топлив нетрадиционные формы энергии не ограничены геологически накопленными запасами. Это означает, что их использование и потребление не ведет к неизбежному исчерпанию запасов.

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. Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.

Каковы же эти нетрадиционные и  возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн,  биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды.

Основной фактор при оценке целесообразности использования возобновляемых источников энергии – стоимость производимой энергии в сравнении со стоимостью энергии, получаемой при использовании традиционных источников. Особое значение приобретают нетрадиционные источники для удовлетворения локальных потребителей энергии.

         

 

 

 

 

 

 

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ  ЭНЕРГИИ

В середине прошлого века основой  мировой энергетики, особенно энергетики промышленно развитых стран, являлось углеводородное топливо – нефть  и газ. Однако череда ближневосточных кризисов показала угрозу ориентации на импортируемые энергоресурсы для энергетической безопасности многих стран. Это привело к пересмотру приоритетов развития энергетики, в частности, к активной поддержке исследований в сфере ВИЭ – возобновляемых источников энергии.

В основе использования ВИЭ –  возможность извлечения энергии  из постоянно происходящих в природе  процессов, а не из уничтожаемых в  процессе производства энергии материалов. Солнце, ветер, дождь, приливы и отливы, гейзеры, течение рек, появление в процессе жизнедеятельности человека органических и неорганических отходов – все эти явления существуют в природе и продолжат существовать вне зависимости от того, будет человек извлекать из них энергию или нет.

Увеличение роли возобновляемых источников энергии и децентрализация ее производства – признанные тренды развития энергетики в XXI веке. Несмотря на большие запасы в России традиционных энергоресурсов и ориентацию энергетики на их использование потенциал ВИЭ в нашей стране также велик. В условиях нашей страны ВИЭ способны решать проблемы устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного (например, в районах Крайнего Севера) или ненадежного централизованного (в дефицитных энергосистемах) энергоснабжения.

В мире уже наработаны эффективные  способы стимулирования развития ВИЭ, позволяющие перейти от единичных  проектов к их массовому тиражированию. Для этого необходимо создать  благоприятный экономический режим  производителям и потребителям оборудования, использующего ВИЭ, обеспечить свободный доступ на рынок электроэнергии, создать режим льготного присоединения к электрической сети, обеспечить государственную поддержку программ научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР). В России же до сих пор не запущен механизм господдержки, даже предусмотренный Законом об электроэнергетике и особым Постановлением Правительства РФ.

 

 

 

 

 

 

 

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА. ВОЗМОЖНОСТИ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ И НА УРАЛЕ   

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/м . Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 м . Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый ) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км , требует примерно 10 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в                    1,17*10 тонн.

Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять  не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года ) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*10 до 3*10 км . В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13*1010 км . Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким 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. Пока еще электрическая  энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем  получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы. Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам нашего столетия. Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности, причем, стоимость 1 кВт/ч энергии–7-8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом и в дневные часы – солнце. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятной “кандидатурой” является водород.

Его получение с использованием солнечной энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко транспортировать и длительно хранить. Отсюда вывод: наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии, которая просматривается сегодня – направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы. Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году до 3-5 долларов в 1997 году и повышению их КПД с 5 до18%. Уменьшение стоимости солнечного ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельэлектростанциями.

Можно ли использовать энергию солнца в энергоснабжении жилых зданий, расположенных в средней полосе России?

Долгое время в нашей стране считалось, что солнечные установки  целесообразны только в регионах с жарким климатом. Однако опыт использования  их в таких местностях, как Аляска, Канада, Норвегия, Северная Америка, близких  по климатическим условиям, показывает, что их можно применять и в нашей средней полосе, в частности в Московской области. Московская область размещена на Восточно-Европейской равнине в зоне перехода от Смоленско-Московской возвышенности до Мещерской низменности. Переходное положение между разными природными районами создает в области значительные перепады высот на местности. Природно-климатических условий достаточно для круглогодичной эксплуатации энергии солнца.

Различные строительные приемы использования  возобновляемых источников энергии  как в реконструируемых зданиях, так и при новом строительстве  дают такую возможность. Надо только правильно их использовать.

В 60-70-х гг. в нашей стране предпринимались  шаги по использованию нетрадиционных видов энергии. В это время появились также фотоэлектрические установки автономного электроснабжения, прекрасно зарекомендовавшие себя в космосе. Экономические осложнения, возникшие в 90-е годы, затормозили развитие использования нетрадиционных видов энергии в нашей стране. Однако сегодня и в нашей стране НВИЭ получают все большее распространение.

Солнечная энергия используется в  основном для производства низкопотенциального  тепла, коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Общемировое производство низкопотенциального тепла в ближайшей перспективе составит 5*106 Гкал. Мировая суммарная мощность фотоэлектрических установок достигла 500 МВт.

Создание законодательной базы использования НВИЭ в России стимулирует  дальнейшее развитие. Законом «Об энергосбережении» 1996 г. установлена правовая основа применения электрогенерирующих гелиоустановок. Государственной Думой и Советом Федерации принят закон «О государственной политике в сфере использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии». Ведется разработка федеральной программы по использованию НВИЭ. В России на сегодня есть все предпосылки для его дальнейшего развития. С выходом из кризисного экономического состояния станет возможным развитие промышленности, научно-технической базы и др. деятельности. Как и во всем мире, рост использования этих источников необратим.

Экологическая ситуация требует от архитекторов и строителей нового мышления. Современная энергетика, ставшая  сегодня традиционной, в зависимости от вида энергоносителя в целом, оказывает отрицательное воздействие на экологию окружающей среды. Хотя бы в области энергоснабжения зданий и городов необходимо принимать решения, позволяющие эффективно использовать возобновляемые ресурсы.

Анализ публикаций, в частности материалов Internet, показывает, что энергетические потребности в энергии во всем мире стимулируют разработку приемов по использованию возобновляемых источников энергии четвертого поколения. Такие приемы при меньших затратах на монтаж и оборудование позволяют эффективно эксплуатировать солнечные установки для энергообеспечения зданий.

Среди разработок можно выделить два  главных направления, которые следует  учитывать:

1) Разработка и применение солнечных  энергоустановок с ограниченным  уровнем мощности для энергоснабжения мелких автономных потребителей;