Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии

Формат исследования

 

Исследовательская задача

Ответить на следующие поставленные вопросы:

Вопросы:

Существуют ли альтернативные источники энергии?

Каково соотношение использование разных источников энергии в мире?

В чем преимущества и недостатки альтернативных источников энергии?

Как отражается влияние отходов на

– природный ландшафт

– климат

– здоровье человека

– окружающею среду?

Гипотеза

Мы считаем, что выбросы отходов негативно влияют на географию Красноярского края, России и всего мира. Вскоре это может привести к глобальному загрязнению планеты.

 

Методы работы

Наблюдение, сравнение, анализ

 

Ресурсы

Поиск информации в Интернете, знакомство со специальной литературой

 

География мировых природных ресурсов

 

Вся история человеческого общества – история взаимодействия его с географической средой.

В ХХ в. давление общества на природу резко возросло. Ускорилось превращение природных ландшафтов в антропогенные (городские, горнопромышленные, сельскохозяйственные, лесохозяйственные…). Антропогенные ландшафты занимают более 60% земной суши, из них 20% территории преобразованы коренным образом. Человек стал изымать из природы все больше ресурсов, а возвращать все более многочисленные отходы своей деятельности.

Потребление энергии - проблема устойчивого развития  

 

Из     всех   отраслей   хозяйственной   деятельности   человека энергетика оказывает   самое   большое   влияние   на   нашу   жизнь. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и   работа   промышленности - все это требует затрат энергии.  

Ежегодно для производства энергии используется 10 млрд. тонн топлива. Около 40% этого количества приходится на нефть. Учитывая, что кроме нефти используются такие виды топлива, как уголь и природный газ, можно заключить, что более 90% всей потребляемой энергии производится с использованием углеродосодержащего сырья. Следствием такого масштабного использования ископаемых источников энергии может быть глобальное потепление (так называемый парниковый эффект) и недостаток ресурсов в будущем.

Перед    человечеством   уже   сегодня    встает    задача    освоения неисчерпаемых источников энергии.

В    течение   следующего   века   начнется   переход   к   альтернативным источникам энергии, эпоха  «черного золота» пройдет и что произойдет с экономикой стран зависящих от нефти можно только догадываться.

 

Статистика потребления мировой энергии 2004 г.

 

Мировое энергопотребление в 2004 г.

 

 

 

 

 

Мир ,млн. т.н.э.

 

США, %

 

ЕС-15, %

 

Япония, %

 

Россия, %

 

Китай* , %

 

Индия, %

 

Все виды топлива

 

9977,7

 

23,1

 

14,9

 

5,3

 

6,2

 

11,4

 

5,2

 

Твердое ископаемое топливо 

 

2336,0

 

23,2

 

9,4

 

4,1

 

4,7

 

28,1

 

7,5

 

Нефть

 

3482,7

 

25,6

 

17,2

 

7,5

 

3,7

 

6,4

 

3,2

 

Природный газ

 

2112,4

 

26,0

 

16,3

 

3,1

 

15,1

 

1,3

 

1,1

 

Атомное топливо

 

680,4

 

30,6

 

33,8

 

12,3

 

5,1

 

0,6

 

0,6

 

ВИЭ

 

1367,1

 

8,0

 

6,7

 

1,2

 

1,5

 

17,1

 

15,2

 

Гидро

 

227,4

 

9,6

 

12,8

 

3,3

 

6,2

 

8,4

 

2,8

 

Геотермальная

 

43,5

 

30,1

 

7,9

 

6,6

 

0,1

 

0,0

 

0,0

 

Ветер/солнце

 

7,2

 

27,4

 

37,8

 

12,6

 

0,0

 

0,0

 

1,9

 

Биомасса

 

1089,0

 

6,7

 

5,2

 

0,5

 

0,6

 

19,7

 

18,5

 

Source: ЕС комиссия, Организация по экономическому сотрудничеству и развитию

 

*Включая Гонконг

Нетрадиционные источники энергии

 

Достоинства

 

Недостатки

 

 

• Повсеместную распространенность 
• Экологичность
• Возобновляемость
• Энергосберегаемость
• Низкие эксплуатационные затраты
• Снизить зависимость экономики от нефти, а также
• Решает проблему парниковых газов.

 

 

• низкую плотность потока энергии, которая вынуждает производителей использовать большие площади энергоустановок.
• производители традиционных источников энергии совершенно не заинтересованы в развитии НИЭ (низкое финансирование)

 

 

Альтернативные источники энергии  включают в себя солнечную, ветряную, приливную, геотермальную энергию, а также энергию, получаемую при  сжигании биомассы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Темпы развития альтернативных  источников энергии впечатляют. В последние 5 лет рост производства  фотоэлектрических установок составляет  порядка 30% в год. В связи с этим  следует упомянуть проект "Тысяча  крыш", реализованный в начале 1990-х гг. в Германии. Основную часть  издержек (до 70%) при реализации этого  проекта взяло на себя государство. В Германии на крышах 2250 домов были установлены фотоэлектрические установки. При этом роль резервного источника энергии играла электросеть, которая покрывала недостаток электроэнергии, а в случае ее избытка забирала излишек. Вскоре после этого, в США была начата еще более глобальная по масштабам программа "Миллион крыш", рассчитанная на период до 2010 года. На ее реализацию из федерального бюджета выделено около $6 млрд. Логично предположить, что в ближайшие годы количество подобных проектов будет только увеличиваться.

В мире также наблюдается  интерес к альтернативным источникам  питания для автомашин, позволяющим  сократить выброс углекислого  газа в атмосферу. Около года  назад Министерство энергетики  США совместно с ведущими нефтяными  и автомобилестроительными компаниями  начало реализацию программы  по разработке и производству  автомобильных двигателей, использующих  в качестве топлива водород.

 

 

Достоинства

 

Недостатки

 

• При этом выхлоп автомобиля полностью состоит из водяного пара.
• В соответствии с этой программой в начале ноября 2002 года между администрацией города Лос-Анджелес и компанией Honda был подписан договор на поставку первой партии автомобилей на топливных батареях, по своим характеристикам не уступающих современным аналогам, работающим на бензине.

 

• Проблема безопасного хранения водорода в автомобиле (как известно, при встряске, которая может стать результатом столкновения машины с чем-либо, водород взрывается).
• Налаживание сети заправочных станций, действующих наподобие азс.
• Промышленное производство водорода.

 

Таким образом, массовое использование  подобных автомобилей, вероятно, удастся  наладить не ранее, чем к концу  десятилетия.

Солнечная энергия

 

У солнечной энергии два основных преимущества. Во-первых, ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам: длительность существования Солнца оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Во-вторых, ее использование не влечет за собой нежелательных экологических последствий.

Однако использованию солнечной энергии мешает ряд трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью.

 

 

Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.

Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

 

Ветроэнергетика

 

 

  Энергия ветра на земле неисчерпаема. Многие столетия человек пытается превратить энергию ветра себе на пользу, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные и нефтяные насосы, электростанции. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во- первых, стоимость ветра равна нулю, а во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеродного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека (СО, SO2…….).  
          В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций. 
           Ветроэлектрическая станция (ВЭС)

преобразует кинетическую энергию ветрового потока в электрическую. ВЭС состоит из ветромеханического устройства (роторного или пропеллерного) , генератора электрического тока, автоматических устройств управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания.

Ветроэнергетическая установка - это комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора генератора. ВЭУ состоит из одной или нескольких ВЭС, аккумулирующего или резервирующего устройства и систем автоматического управления и регулирования режимов работы установки.  
        Удаленные районы, недостаточно обеспеченные электроэнергией, практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы, как строительство ветроэлектростанций. 
        Ветер обладает кинетической энергией, которая может быть превращена ветромеханическим устройством в механическую, а затем электрогенератором в электрическую энергию.

Биомассовая энергетика

 

При гниении биомассы ( навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр. 
Иногда по телевизору показывают свинарники и коровники, которым сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счёт того, что имеют несколько больших "чанов", куда сбрасывают большие массы навоза от животных. В этих герметичных баках навоз гниёт, а выделившийся газ идёт на нужды фермы. Кстати, в конце-концов от навоза остаётся сухой остаток - являющийся прекрасным удобрением для полей. 
Много идей посвящено выращиванию быстрорастущих водорослей и загрузке их в такие же биореакторы, а также подобному использованию других органических отходов (стеблей кукурузы, тростника и др.).

Геотермальная энергия

 

Геотермальная энергия, т.е. теплота недр Земли, уже используется в ряде стран, например в Исландии, России, Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной 32–35 км значительно тоньше лежащего под ней слоя – мантии, простирающейся примерно на 2900 км к горячему жидкому ядру.

Мантия является источником богатых газами огненно-жидких пород (магмы), которые извергаются действующими вулканами. Тепло выделяется в основном вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура и количество этого тепла столь велики, что оно вызывает плавление пород мантии. Горячие породы могут создавать тепловые «мешки» под поверхностью, в контакте с которыми вода нагревается и даже превращается в пар. Поскольку такие «мешки» обычно герметичны, горячая вода и пар часто оказываются под большим давлением, а температура этих сред превышает точку кипения воды на поверхности земли. Наибольшие геотермальные ресурсы сосредоточены в вулканических зонах по границам корковых плит.

Вывод АИЭ

 

Виды ресурсов

 

Преимущества

 

Недостатки

 

География

 

Энергия Солнца

 

Колоссальное количество энергии

 

Слабая плотность солнечной энергии

 

Япония, Индия, Италия, Бразилия, Израиль, США, Франция

 

Энергия ветра

 

Ветровой энергетический потенциал велик

 

Непостоянство энергии, рассеянность

 

Китай, Индия, Египет (еще в древности), Дания, Великобритания, США, Германия, Франция, Италия

 

Геотермальная энергия

 

Запасы неисчерпаемы, безвредна, экономична

 

Слабая концентрация

 

Россия, Италия, Исландия, Новая Зеландия, Япония, Канада

По оценкам Европейской  Ассоциации Ветроэнергетики, установка  ветростанций общей мощностью 40 ГВт, позволит создать дополнительно  до 320 000 рабочих мест. По данным Ассоциации Фотоэлектрической Промышленности, установка 3 ГВтэ создаст 100000 рабочих мест. Федерация Солнечной Энергетики считает возможным обеспечить 250000 рабочих мест, действуя только для нужд внутреннего рынка и еще 350000 рабочих мест могут быть созданы в случае работы на экспорт. White Paper предлагает ряд аналоговых стимулов и других финансовых мер для поощрения инвестиций в область возобновляемых источников энергии, а также меры поощрения использования пассивной солнечной энергии. Согласно этому документу: "Поставленная цель удвоить текущую долю возобновляемых источников энергии до 12% к 2010 году - реально выполнима". Доля возобновляемых источников энергии в производстве электричества может вырасти от 14% до 23% и более к 2010 году, если принять соответствующие меры.