Альтернативная энергия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………….5

1. ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА……………………………………………..5

1.1 ГЕЛИОУСТАНОВКИ……………………………………5

1.2 ГЕЛИОМОБИЛЬ СЕГОДНЯ…………………………..6

1.3 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ….7

1.4 КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА………8

2. ЭНЕРГИЯ ВЕТРА………………………………………………..9

3. ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ  И ОТЛИВОВ………………………..11

4. ГИДРОЭНЕРГИЯ………………………………………………..13

5. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ  ЭНЕРГИЯ……………………………….14

6. ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ……………………………16

7. ТВЕРДЫЕ ОТХОДЫ  И БИОМАССА………………………..17

8.ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ…………………………………………….18

8.1 ЗАПАСЫ УРАНА……………………………………….18

8.2 РЕАКТОР – РАЗМНОЖИТЕЛЬ……………………….18

8.3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ……….18

8.4 ЭНЕРГИЯ ТЕРМОЯДЕРНОГО  СИНТЕЗА…………..20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………..21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………….22

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы по выбранной  теме является поиск новых источников энергии.

Основной задачей при  проведении работы являлась обработка  большого объёма информации, полученных мною из разных источников: научно-популярных статей, книг, энциклопедий и объединение  этой информации в единое целое. Я  считаю, что эта задача была решена, и итогом решения этой задачи является эта работа.

Неуклонное увеличение численности  населения нашей планеты, беспрецедентно быстрое развитие производства в  период НТР, нарастающее истощение  запасов привычных источников энергии (угля хватит на 600 лет, нефти – на 90 лет, газа – на 50 лет, урана –  на 27 – 80 лет), наконец, требования к  сохранению окружающей среды заставляют людей искать новые источники  энергии, прежде всего, располагающие  возобновимыми или малоисчерпываемыми запасами. Человечество еще плохо использует возможности получения энергии из природных, практически неисчерпаемых источников: тепла земных недр и океана, энергии океанских и речных течений, приливов и волн, ветра.

Человечество потребляет огромное количество энергии. За год мы сжигаем  от 9 до 20 млрд. тонн топлива. 75% всей потребляемой энергии составляют полезные ископаемые (34% - нефть, 25% - уголь, 19% - природный газ); 5% остальной потребляемой энергии  – АЭС; 6% - ГЭС; 11% - от других источников энергии.

В своей работе мы обратили внимание на те 17%, которые приходятся на возобновляемые источники энергии.

Если рассматривать перспективы  нынешней энергетики, то угля хватит на 600 лет, нефти на 90 лет, газа на 50 лет, урана по разным прогнозам на 27-80 лет. Поэтому мы обратились к теме альтернативных источников энергии, к ним относятся ветроэнергетика, гидроэнергетика, приливно-отливная энергетика, геотермальная энергетика.

Несмотря на огромный потенциал  возобновимых источников энергии их использование осложняется техническими сложностями, и потому по самым оптимистичным прогнозам за счет альтернативной энергетики удовлетворено не более 30% потребностей человечества в энергии.

Сейчас в РФ за счет альтернативных источников получают 1% энергии, что конечно очень мало. [7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА

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*10^6 до 3*10^6 км2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13*10^6 км2.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, получения материалов. 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.

1.1 ГЕЛИОУСТАНОВКИ

Одним из лидеров практического  использования энергии Солнца стала  Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91», вносит заметный вклад в энергетическую независимость страны импортирующей сегодня более 70 процентов энергии.

Программа "Солар-91" осуществляется практически без поддержки государственного бюджета, в основном, за счет добровольных средств отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов. К 2020-му году она  предусматривает довести количество гелиоустановок до 3500. Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20-30 квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт/ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля.

Опыт эксплуатации свидетельствует, что Солнце уже в состоянии  обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране.

Современная концепция использования  солнечной энергии наиболее полно  выражена при строительстве корпусов завода оконного стекла в Арисдорфе, где солнечным панелям общей мощностью 50 кВт еще при проектировании была отведена дополнительная роль элементов перекрытия и оформления фасада.

1.2 ГЕЛИОМОБИЛЬ СЕГОДНЯ

Один из крупных разделов программы «Солар-9» - развитие транспортных средств использующих солнечную энергию, так как автотранспорт «съедает» четверть энергетических ресурсов необходимых стране. Ежегодно в Швейцарии проводится международное ралли солнцемобилей «Тур де сол». Трасса ралли, протяженностью 644 километра, проложена по дорогам северо-западной Швейцарии и Австрии. Гонки состоят из 6 однодневных этапов, длина каждого - от 80 до 150 километров.

Граждане возлагают большие надежды на децентрализованное производство электрической и тепловой энергии собственными гелиоустановками. Наличие персональных гелиостанций стимулирует развитие в стране электроники и электротехники, приборостроения, технологии новых материалов и других наукоемких отраслей.

В июне 1985 года Урс Мунтвайлер, 27-летний инженер из Берна, провел по Дорогам Европы первое многодневное ралли легких электромобилей, оборудованных фотопреобразователями и использующих для движения солнечную энергию. В нем участвовало с десяток гелиомобилей.

Прошло четыре года. "Тур  де сол" превратился в неофициальный чемпионат мира. В пятом «солнечном ралли», состоявшемся в 1989 году, участвовало свыше 100 представителей из ФРГ, Франции, Англии, США и других стран. В течение последующих пяти лет появилось понятие серийный гелиомобиль. Гелиомобиль считается серийным, если фирма-изготовитель продала не менее 10- ти образцов и они имеют сертификат, разрешающий движение по дорогам общего пользования.

1.3 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Существует два основных направления в развитии солнечной  энергетики: решение глобального  вопроса снабжения энергией и  создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение конкретных локальных задач. Эти преобразователи, в свою очередь, также делятся  на две группы: высокотемпературные  и низкотемпературные.

В преобразователях первого  типа солнечные лучи концентрируются  на небольшом участке, температура  которого поднимется до 3000°С. Такие установки уже существуют. Они используются, например, для плавки металлов.

Самая многочисленная часть  солнечных преобразователей работает при гораздо меньших температурах - порядка 100-200°С. С их помощью подогревают  воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят  пищу. Сконцентрированным солнечным  теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время.

Солнечные установки практически  не требуют эксплуатационных расходов, не нуждаются в ремонте и требуют  затрат лишь на их сооружение и поддержание  в чистоте.

1.4 КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА

Многие знают, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.

Сфокусировать солнечные  лучи можно и с помощью вогнутого  зеркала. Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором  параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокус зеркала поместить  трубу с водой, то она нагреется. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЭНЕРГИЯ ВЕТРА

Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать  древние персы свыше 1,5 тыс. лет  назад. В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они  не только мололи муку, но и откачивали воду. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.

Энергия ветра очень велика. Ее запасы составляют 170 трлн кВт·ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает немыслимой силы.

Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.

Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток.

Для получения энергии  ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде  самолетных пропеллеров с тремя, двумя; вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру.

Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там  стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном  краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки  нельзя ставить слишком близко, чтобы  они не загораживали друг друга. Поэтому  ферма занимает много места.

Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт\ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 0.40 франкам, а к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходится всего в 0.12 франков за 1 кВт\ч. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ  И ОТЛИВОВ

Уровень воды на морских  побережьях в течение суток меняется три раза. В XVIII в. английский физик  Исаак Ньютон разгадал тайну морских  приливов и отливов: огромные массы  воды в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 ч 12 мин  прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и  составляет от 4 до 20 м.

Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен  бассейн – перекрытый плотиной залив  или устье реки. В плотине имеются  водопропускные отверстия и установлены  турбины. Во время прилива вода поступает  в бассейн. Когда уровни воды в  бассейне и море сравняются, затворы  водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор  становится достаточным, турбины и  соединенные с ним электрогенераторы  начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС  в районах с приливными колебаниями  уровня моря не менее 4 м. Проектная  мощность ПЭС зависит от характера  прилива в районе строительства  станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных  в теле плотины.