Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Мая 2015 в 21:58, реферат
Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 250 лет, нефти на 40 лет и газа на 60 лет. Мировая энергетическая система стоит перед лицом гигантских проблем
Кафедра медицинской |
|
|
Студентка гр. № 1 ___________________ В.М. Драздова подпись, дата
|
Витебск, 2014 |
Содержание
Введение
Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Однако их запасы в природе, как известно, ограничены. И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 250 лет, нефти на 40 лет и газа на 60 лет. Мировая энергетическая система стоит перед лицом гигантских проблем. Потому ныне перед всеми учеными мира стоит проблема нахождения и разработки новых альтернативных источников энергии. К последним относят прежде всего установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле. В данной работе я подробно рассмотрела следующие отрасли энергетики: ветроэнергетику, гидроэнергетику, солнечную энергетику, их достоинства и недостатки, а также развитие данных отраслей в Республики Беларусь и других зарубежных странах.
гидроэнергетика
Гидроэнергия использовалась людьми еще с древних времен, когда с помощью водяных мельниц перемалывали муку и выполняли другие задачи. Однако всему со временем находится новое применение. Так случилось и с гидроэнергетикой. В 1881 году в США около Ниагарских водопадов начала производить электроэнергию первая гидроэлектростанция. К 1886 году в США и Канаде было уже около 45 ГЭС, а к 1889 году – 200 в одних только США.
На протяжении двадцатого века ГЭС становились все больше и мощнее. А т.к. они стали отрицательно влиять на окружающую среду, то потребовалось регулировать их постройку на законодательном уровне, чтобы избежать нежелательных последствий в виде засухи отдельных регионов, выбросов в атмосферу метана, не говоря уже о возможных прорывах дамб.
В наши дни гидроэнергетика предоставляет до 85% электроэнергии в таких странах, как Норвегия, Демократическая Республика Конго, Парагвай и Бразилия. В США более 2000 ГЭС поставляют 49% от общего количества возобновляемой энергии.
Основные направления развития альтернативной гидроэнергетики связаны с использованием механической энергии приливов, волн, течений и тепловой энергии океана. [1]
Только один приливно-отливный цикл мирового океана энергетически эквивалентен 8 трлн кВт-ч. По экспертным оценкам, технически возможно использование примерно 2 % этого потенциала.
Максимальные амплитуды приливов-отливов характерны для окраинных морей умеренного климатического пояса. Наибольшими запасами приливной энергии обладают Атлантический океан и в меньшей мере Тихий океан. Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на возможность использования энергии приливов, являются особенности береговой линии и прибрежного и придонного рельефа. В длинных узких заливах с пологим дном приливы имеют максимальную высоту, иногда превышающую 10 м, что существенно повышает эффективность энергетического использования приливно — отливного цикла. [2]
Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэлектроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними идут Россия, Украина, Канада, Япония, Бразилия, КНР и Норвегия.
Неосвоенные гидроэнергетические ресурсы Африки, Азии и Южной Америки открывают широкие возможности строительства новых ГЭС. На Северную Америку, в распоряжении которой находится всего около 13% мировых ресурсов гидроэнергетики, приходится около 35% полной мощности действующих ГЭС. В то же время Африка (21% мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39%) вносят лишь 5 и 18% соответственно в мировую выработку гидроэлектроэнергии. Из остальных континентов Европа (21% ресурсов) дает 31% выработки, а Южная Америка и Австралия, вместе взятые, располагая примерно 15% ресурсов, дают только 11% производимой в мире гидроэлектроэнергии.
Вода, вращающая гидравлические турбины, обычно берется из искусственных водохранилищ, созданных путем перекрытия реки плотиной. Плотина повышает напор воды, поступающей на турбины, и тем самым увеличивает мощность электростанции. Расход воды из водохранилища через турбины можно регулировать. Водохранилище, кроме того, служит отстойником для песка, ила и мусора, приносимых естественными водотоками. Построив плотину с водохранилищем, можно предотвратить паводковые затопления, а также создать надежный запас воды для водоснабжения населения и промышленности.
Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. (Паровые и газовые турбины – со многими венцами лопаток.) К лопастям первого венца относятся профилированные колонны статора и лопатки направляющего аппарата, причем последние обычно позволяют регулировать расход воды через турбину. Второй венец образуют лопасти рабочего колеса турбины. Два последовательных лопастных венца (статора и колеса) составляют ступень турбины. Таким образом, в гидротурбинах имеется только одна ступень.
Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. В гидроагрегатах приливной ГЭС, построенной в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада), ротор генератора закреплен на периферии рабочего колеса, охватывая его. Такая конструкция генератора требует меньше железа и меди. Но чаще турбину располагают вертикально и выводят ее вал из пологого S-образного водяного канала через уплотнение к внешнему гидрогенератору. [4]
Самая крупная белорусская ГЭС находится в Осиповичском районе и имеет установленную мощность 2,175 МВт. Согласно Национальной программы строительства ГЭС в РБ на 2011-2015 гг. планируется строительство и реконструкция 33 гидроэлектростанций. Основной упор делается на малые, микро и мини-ГЭС. Так, планируется строительство 20 микро-ГЭС установленной мощностью до 100 кВт, 9 мини-ГЭС (от 100 кВт до 10 МВт) и 4 крупных ГЭС (выше 10 МВт).
Запланированное строительство крупных ГЭС:
Т.о. к 2016 году запланировано и экономически обосновано выработка 510 млн. кВтч электрической энергии посредством ГЭС.
Согласно мировым прогнозам количество гидроэлектростанций в мире будет увеличиваться. На сегодняшний день их уже насчитывается более 7000 тыс. Особое место гидроэнергетика занимает в Норвегии, Новой Зеландии, Канаде, США, Китае, Австрии и других странах. По количеству гидроэлектростанций лидирующее место занимает Норвегия, где 99% производства электрической энергии приходится на ГЭС. В последнее время наблюдается повышение интереса к строительству малых ГЭС, количество подобных электростанций будет увеличиваться. [3]
Основной гидроэнергетический потенциал РБ сосредоточен на трех реках: Западной Двине, Немане и Днепре. На Западной Двине намечено сооружение каскада из четырех ГЭС: Верхнедвинской, Полоцкой, Бешенковичской и Витебской.
На реке Неман намечено сооружение каскада из двух ГЭС: Гродненской и Немновской. На реке Днепр намечено сооружение каскада из трех ГЭС: Оршанской, Шкловской и Могилевской.
Но это только начало использования ветроэнергопотенциала Беларуси. В стране имеется как минимум 50-70 площадок, подходящих для сооружения ветроэлектроустановок (ВЭУ) или даже ветроэлектростанций (ВЭС). Это природные возвышенности с фоновыми скоростями ветра на высоте 10 м от 5,9 до 6,2 м/сек, что соответствует скоростям ветра на высоте ступицы рабочих колес ВЭУ 50 - 90 м соответственно 7,5 – 8,5 м/сек. Т.е. скоростям, при которых применение ВЭУ технически возможно и оправдано. Следовательно, скромно, но смело можно говорить о ближайшем реальном потенциале в 500-700 МВт установленной мощности при числе часов использования этой мощности от 2000 до 3000 час. [3]
Достоинства гидроэнергетики:
Однако стоит учитывать и возможное негативное влияние гидроэлектростанций:
Ветроэнергетика
Ветроэнергетика, как один из видов возобновляемых источников энергии, активно развивается в западных странах и вызывает не только неподдельный интерес, но и различного вида споры об ее достоинствах и недостатках, перспективах развития и целесообразности применения. [3]
Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941 году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.
В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги.
Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.[1]
Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где еще встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, т.е. с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов - механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.
Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км. от берега (а иногда и дальше) строятся офшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания.
В 2006 году сумарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 73 904 МВт. Бо́льшая часть установленных мощностей (69 % на 2005 год) сконцентрирована в Европе. В Германии, к примеру, 20 622 МВт. Страны Евросоюза в 2005 году вырабатывают из энергии ветра около 3 % потребляемой электроэнергии. В 2006 году ветряные электростанции Германии произвели 30,6 млрд кВт•ч. электроэнергии, что составляет 7 % от всей произведённой в Германии электроэнергии. Около 20 % электроэнергии в Дании вырабатывается из ветра. Индия в 2005 году получает из энергии ветра около 3 % всей электроэнергии. [6]
Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра, фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличаяется большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезе. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности энергонагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует ее 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. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать. Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25% от общей установленной мощности системы. [5]
Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч. [1]
Плюсы:
Информация о работе Основные источники альтернативной энергии