Новые способы получения электрической энергии

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 Реферат 

 

 

 

на тему: 

 

"Новые способы  получения 

электрической энергии"  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

Оглавление:

 

Введение 

• 1. Альтернативные источники энергии.
• 2. Основные причины перехода к АИЭ.
• 3. Ветровая энергия.
• 4. Энергия солнца.
• 5. Геотермальная энергия (тепло земли).
• 6. Энергия воды.
• 7. Энергия течений.
• 8. Энергия волн.
• 9. Энергия биомассы.

Список использованной литературы

 

 

Введение.

 

     Общепризнано, что основным фактором, определяющим развитие материальной культуры людей, является создание и использование источников энергии. Производимая ими работа теперь во много раз превосходит мускульную. Так, в наиболее развитых странах мощность разнообразных источников энергии составляет до 10 киловатт на человека, это, по крайней мере, в 100 раз больше, чем средняя мускульная мощность одного человека. 
     Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, то несомненно их материальное благосостояние будет падать. 
     Получение, преобразование и консервирование энергии и есть фундаментальные процессы, изучаемые физикой. Основная закономерность, которую установила физика — это закон сохранения энергии. На основании этого закона предсказывается глобальный кризис в получении энергии.

     Сейчас в качестве основных энергетических ресурсов используются торф, уголь, нефть, природный газ. Установлено, что запасенная в них химическая энергия была накоплена в продолжении тысячелетий благодаря биологическим процессам. Статистические данные по использованию этих ресурсов показывают, что в ближайшие столетия они будут исчерпаны. Поэтому на основе закона сохранения энергии люди, если они не найдут других источников энергии, будут поставлены перед необходимостью ограничения ее потребления, и это приведет к снижению уровня материального благосостояния человечества. 
     Неизбежность глобального энергетического кризиса сейчас полностью осознана, и поэтому энергетическая проблема для техники и науки стала проблемой номер один. Сейчас в ведущих странах отпускаются большие средства на научно-технические исследования в этой области.

     Человечество может получить достаточное количество электроэнергии, не вырабатывая ее на АЭС или ТЭС, работающих на угле, нефти, природном газе и горючих сланцах. Можно всю необходимую энергию получить на ГЭС, ветровых, приливных, геотермальных и солнечных электростанциях, на волновых электростанциях и на ТЭС, работающих на биомассе. Возможны и другие источники альтернативной энергии.

1. Альтернативные источники энергии.

    

     Можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены к энергетике на практически неисчерпаемой основе.

     Истощение ресурсов заставляет вырабатывать ресурсосберегающую политику, широко использовать вторичное сырье. Во многих странах прилагаются огромные усилия для экономии энергии и сырья. Сегодня уже около 1/3 всей массы используемых в мире металлов - алюминия, меди, цинка, свинца и олова - добывается из отходов и вторичного сырья. В ряде стран приняты государственные программы экономии энергии.

     Все большую популярность в мире приобретают альтернативные источники энергии. Их преимущество заключается в возобновимости энергетических ресурсов. К таким источникам можно отнести:

• энергию солнца
• энергию ветра
• энергию приливов
• глубинное тепло Земли
• топливо из биомассы.

     Кроме того, к альтернативным источникам энергии многие люди также относят и атомную энергетику. Атомная энергетика (как и биотопливо) является наиболее передовым видом энергии. Например, Западная Европа лидирует по его развитию.                                                                             

     Чрезвычайно важным обстоятельством является тот факт, что атомная энергетика доказала свою экономическую эффективность практически во всех районах земного шара. Кроме того, даже при большом масштабе энергопроизводства на АЭС, атомная энергетика не создаст особых транспортных проблем, поскольку требует минимальных транспортных расходов, что освобождает общество от бремени постоянных перевозок огромных количеств органического топлива.                                                     

     Известно, что работа АЭС почти не вредит природе - их выбросы нулевые (в противовес ТЭС отравляют атмосферу миллионами тонн ядовитых выбросов. Но строительство и эксплуатация АЭС вызывает  ряд вопросов. Дело в том, что вероятны возможности аварий и до сих пор не решена проблема захоронения отходов атомных электростанций.

2. Основные причины перехода к АИЭ.

 

Основные причины, указывающие  на важность скорейшего перехода к  АИЭ:

• Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных), их применение неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уже в первых десятилетиях XXI веке.
• Политический: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресурсы;
• Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно короче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - постоянно растут;
• Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряженность.
• Эволюционно-исторический: в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.

 

3. Ветровая энергия.

 

  Мы живем на дне воздушного океана, в мире ветров. Энергия движущихся воздушных масс - огромна. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии 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. 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.

     У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование, но отнюдь не умаляют ее главного преимущества - экологической чистоты. Она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимы ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. Ветер очень непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями.                                                                                  

     По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ТВт, однако возможности использования этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20-30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2.                                                                                                          

     Энергия, содержащаяся в потоке движущегося воздуха, пропорциональна кубу скорости ветра. Однако не вся энергия воздушного потока может быть использована даже с помощью идеального устройства. Теоретически, коэффициент полезного использования (КПИ) энергии воздушного потока может быть равен 59,3 %.  На практике максимальный КПИ энергии ветра в реальном ветроагрегате равен приблизительно 50 %.  Однако и этот показатель достигается не при всех скоростях, а только при оптимальной скорости, предусмотренной проектом. Кроме того, часть энергии воздушного потока теряется при преобразовании механической энергии в электрическую, которое осуществляется с КПД обычно 75-95 %. Учитывая все эти факторы, удельная электрическая мощность, выдаваемая реальным ветроэнергети-ческим агрегатом, видимо, составляет 30-40 % мощности воздушного потока при условии, что этот агрегат работает устойчиво в диапазоне скоростей, предусмотренных проектом. Однако иногда ветер имеет скорость, выходящую за пределы расчетных скоростей. Скорость ветра бывает настолько низкой, что ветроагрегат совсем не может работать, или настолько высокой, что ветроагрегат необходимо остановить и принять меры по его защите от разрушения. Если скорость ветра превышает номинальную рабочую скорость, часть извлекаемой механической энергии ветра не используется, с тем чтобы не превышать номинальной электрической мощности генератора. Учитывая эти факторы, удельная выработка электрической энергии в течение года, видимо, составляет 15-30% энергии ветра, или даже меньше, в зависимости от местоположения и параметров ветроагрегата.                                                                                           

     Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.          

     Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину - генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы. Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент, когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также автоматически отключается при противоположном соотношении.

     Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников, они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на сельскохозяйственных фермах, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

      Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

     Сейчас созданы самые разнообразные прототипы ветроэлектрических генераторов (точнее, ветродвигателей с электрогенераторами). Одни из них похожи на обычную детскую вертушку, другие - на велосипедное колесо с алюминиевыми лопастями вместо спиц. Существуют агрегаты в виде карусели или же в виде мачты с системой подвешенных друг над другом круговых ветроуловителей, с горизонтальной или вертикальной осью вращения, с двумя или пятьюдесятью лопастями.

     В целях  реализации инвестиционного проекта  по строительству ветряной электростанции  в Калмыкии создано республиканское  государственное унитарное предприятие «Инфраинвест.

     Согласно постановлению председателя правительства, РГУП «Инфраинвест» будет заниматься строительством ветроэнергетической станции в пос. Песчаный Приютненского района Калмыкии.  В настоящее время уже установлены два ветряка, готовы площадки для еще восьми. 
Запустить их планируется весной этого года. До конца этого года на территории Калмыкии будет построено 20 ветряных электростанций общей мощность 50 МВт из 3 тыс. ветряных станций, запланированных на ближайшую перспективу.

     В Калмыкии сейчас нет своих электростанций. Вся электроэнергия импортируется из соседних регионов, поэтому  она и стоит в 3−4 раза дороже, чем в Ставропольском крае, Волгоградской и Ростовской областях.  Еще в 2005 году власти Калмыкии объявили о том, что решили сделать ставку на строительство ветряных электростанций (ВЭС), а к 2008 году разработали специальную целевую республиканскую программу на эту тему. Технический потенциал использования ветра в республике Калмыкия, по данным российских специалистов – 101,4 кВтч/год. Характеристики ветра в данном регионе позволяют достигать КИУМ (коэффициента использования установленной мощности) более 30% – это очень неплохой показатель. Калмыкия является весьма благоприятным регионом для создания ветропарков.

 

4. Энергия солнца.

 

     Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в 6,7 раз больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия.

     Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.  В России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного топлива, имеет солнечная энергия.

     Способ получения электроэнергии из солнечного света известен более ста лет. Появление в начале 50-х годов солнечных элементов, разработанных в лаборатории Белла, произвело революцию в электронной промышленности. Космическая индустрия была бы без них практически беспомощна. Легкие солнечные генераторы энергии позволили совершенно по-иному подойти к проблеме создания искусственных спутников Земли.                          

     Существует несколько способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

• Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин:

• Паровые машины (поршневые или турбинные), использую-щие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
• Двигатель Стирлинга и т.д.

• Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

• Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
• Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
• Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием).

     Солнечные энергетические установки способны сэкономить дорогостоящее минеральное топливо, благодаря разумному использованию энергии солнечного излучения.

     Можно ли сегодня представить дом, которому совсем не нужны внешние источники электроэнергии? Стоит дом, сам себя обслуживает электричеством, тёплой водой, сам уничтожает мусор, производимый его жителями. Жителям российских хрущёвок такое покажется фантастикой, однако сегодня в мире строительство подобных домов уже становится модой.