Альтернативные источники энергии

Содержание.

Введение…………………………………………………………………….3

1. Определение проекта…………………………………………………....4

2. Оценка конкуренции и рынка  сбыта продукции…………………..…..6

3. Технологическая часть…………………………………………………...8

3.1 Солнечная энергия……………………………………………………....8

3.2 Энергия биомассы……………………………………………………...14

3.3 Геотермальная энергия………………………………………………...19

3.4 Энергетические ресурсы морей и океанов………………………...…24

4. Технологическая и коммерческая характеристика продукции……....27

5. Технология производства……………………………………………….30

5.1 Солнечные батареи………………………………………………….…30

5.2 Гидроэлектростанции………………………………………………….35

5.3 Ветрогенераторы……………………………………………………….39

5.4 Тепловые насосы……………………………………………………….42

Заключение………………………………………………………………..49

Библиографический список……………………………………………...51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Жилье человека появилось как укрытие от его врагов и – непогоды. Росли потребности человека, усложнялась типология его построек, архитектурные стили сменяли друг друга, и оказалось, что мы забыли о первоначальной функции архитектуры – формировать комфортную и безопасную для труда и отдыха среду. Среду искусственную, но остающуюся в гармонии с природой

В наши дни человек среднего достатка – по Европейским меркам -  полжизни работает на то, чтобы купить дом,  а другую половину – на то, чтобы оплатить расходы на его содержание. При нынешних темпах добычи дорожающие нефть, газ и уголь иссякнут через 50-100 лет, и наши северные города, вероятно, превратятся в мертвые каменные джунгли, если их раньше не затопят растаявшие ледники.

Сегодня в развитых странах здания потребляют почти половину расходуемой энергии. Для ее производства используют огромные объемы невосполнимых природных ресурсов – угля, нефти и газа, разогревая атмосферу Земли и сокращая пригодную для обитания человека среду. Но «модерновые» офисные «башни», торговые центры, многоэтажные жилые «пластины» и «таунхаусы» мегаполисов, требуя все больше энергии, не позволяют человеку снизить ее потребление до разумных пределов. Выход - в пересмотре профессиональных подходов к проектированию застройки, в формировании социального заказа общества на экологическую архитектуру.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение проекта

 

Учёные всего мира не дремлют. Днём и ночью идёт кропотливый мыслительный процесс, оплотом которого являются проблемы создания альтернативных источников энергии. Стоит сказать, что за последние тридцать лет мировая наука в этом направлении достигла определённых положительных результатов. Конечно, решать глобальные энергетические вопросы альтернативные источники энергии пока не в состоянии, но локальные энергетические потребности компенсировать вполне могут. Например, альтернативная энергетика нашла широкое применение при строительстве энергоавтоновмных эко домов.

Наибольшее значение имеют система  электроснабжения. В экодомах она решена путём четырёх альтернативных систем получения энергии. Во-первых, это установка «солнечных батарей» из фотоэлектрических панелей, которые крепятся на крышах. Днём батареи вырабатывают энергию. Часть энергии расходуется, а часть остаётся в аккумуляторных батареях для ночных нужд.

Во-вторых, путём установки солнечных  коллекторов. Это специальные приспособления, которые способны захватывать энергию  солнца исключительно физическим путём, передавать её циркулирующей жидкости, которая в свою очередь способна нагревать бак с водой в доме. Есть два вида солнечных коллекторов - плоский и вакуумный. Второй вид очень эффективен в зимнее время. Солнечные коллекторы относятся к системе пассивного отопления дома. Не происходит ровным счетом никаких дополнительных действий со стороны хозяев. Просто изначально архитекторы спроектировали дом так, что конструктивные элементы здания способны самостоятельно улавливать энергию солнечного света.

 

 

В-третьих, возле экодомов могут  устанавливать ветроэнергетические  установки. Они эффективны в регионах, где круглогодично наблюдаются ветра определенной силы и интенсивности.

 Поэтому в тихих и умеренных  местах ветрогенераторы используются  меньше.

В-четвертых, возле экодомов могут  устанавливаться миниГЭС, конечно, если рядом течёт речушка или ручеёк. Энергии от такой установки вполне хватит, чтобы подсветить иллюминацию на приусадебном участке или фонарь над мостиком через речку.

Не менее значима канализационная  система дома. В экодоме в этом вопросе сплошные преимущества. Обычно стоки отводятся от дома в очистные сооружения, там подвергаются химической и механической обработке, после чего сбрасываются в реки, а затем вновь к нам в водопроводный кран. В экодоме стоки не накапливаются. Специальные бактерии, которые запускаются в соответствующий резервуар, способны полностью уничтожить стоки и превратить их в отличное органическое удобрении. Оно потом пригодится на приусадебном участке.

Вопросы вентиляции решаются в экодоме  сами по себе. Во-первых, стены в экодоме  дышащие. А, во-вторых, в качестве приточной вентиляции отлично работает открытая форточка.

Вопросы отопления в экодоме  также решаются самостоятельно. Стены состоят из материалов, которые обладают максимальными теплоизоляционными свойствами (прессованные блоки из соломы и прочее). Опыт показывает, что даже в лютый мороз будет достаточно забросить в камин два полена или включить хороший калорифер. Тёплый воздух в доме появиться способен, а вот улетучиться нет.

 

 

 

2. Оценка конкуренции  и рынка сбыта продукции

 

Давайте посмотрим, как строится традиционный кирпичным дом, и как распределяются расходы при строительстве. Планово-экономическая служба любого проектного института вам расскажет, что на возведение несущих конструкций затрачивается 20 % расходов, на отделочные работы - 70 % и на возведение инженерных систем жизнеобеспечения - порядка 10 %. Последний пункт выглядит не очень затратно на общем фоне, однако именно инженерные системы при эксплуатации дома имеют наибольшее значение для жильцов. И ломаются они часто, и квартплата платится в основном за их обслуживание и стоимость ресурсов, которые перемещаются по ним до потребителя. В концепции экодомов авторы исключили такой традиционный элемент, как внешние коммуникации. Тем самым они избавили жильцов от необходимости вносить ежемесячную оплату за использования электричества и тепла.

По данным Российского агентства международной информации «РИА Новости» можно отследить тенденции развития электроэнергии по источникам энергии (рис. 2)

 

рис. 2 «Мировое производство электроэнергии по источникам энергии»

 

 

 

 

 

Отследив динамику энергопотребления  за последние 200 лет, можно сделать  вывод: потребление энергии на душу населения многократно выросло за последние два века, а растущий спрос в подавляющем большинстве случаев удовлетворялся за счет ископаемых энергоресурсов, а не альтернативной энергетики. Но в будущем ситуация должна измениться, так как ресурсы традиционных источников энергии ограничены. (рис. 3)

 
рис. 3 «Динамика энергопотребления  за последние 200 лет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологическая часть

3.1 Солнечная энергия

 

Солнце - неисчерпаемый  источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в  несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд. раз. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции. Нужно только уметь пользоваться им.

В последнее время  интерес к проблеме использования  солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанные на использовании непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Использование всего  лишь 0,0125% 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 громадные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Только очень небольшая часть этой энергии может быть практически использована. Едва ли не главная причина подобной ситуации – слабая плотность солнечной энергии. Простой расчет показывает, что если снимаемая с 1 м² освещенной солнцем поверхности мощность в среднем составляет 160 Вт, то для генерирования 100 тыс. кВт нужно снимать энергию с площади в 1,6 км². Ни один из известных в настоящее время способов преобразования энергии не может обеспечить экономическую эффективность такой трансформации.

 

 

 

Доказано, что в высоких  широтах плотность солнечной  энергии составляет 80-130 Вт/м², в умеренном поясе – 130-210, а в пустынях тропического пояса - 210-250 Вт /м².

Это означает, что наиболее благоприятные условия для использования  солнечной энергии существуют в  развивающихся странах Африки, Южной  Америки, в Японии, Израиле, Австралии, в отдельных районах США (Флорида, Калифорния). В СНГ в районах, благоприятных для этого, живет примерно 130 млн. человек, в том числе 60 млн. в сельской местности.

рис. 4 «Распределение плотности  солнечного излучения на Земле»

Количество энергии, падающей на единицу  площади в единицу времени, зависит от нескольких факторов:

Широта;

местный климат;

сезон года;

угол наклона поверхности  по отношению к Солнцу.

Отсюда следует, что  количество солнечной энергии сильно отличается в зависимости от географического  положения и времени года (рис. 4). Это необходимо учитывать при использовании энергии Солнца.

Сегодня преобразование солнечного излучения в электрическую энергию возможно двумя путями:

Использование солнечной энергии как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов)

 преобразовывание  солнечной энергии в электрический  ток в солнечных элементах.

В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.

Проще всего использовать энергию Солнца для нагрева воды. Солнечные водонагревательные установки (СВУ) получили широкое распространение  в жарких странах. Например, власти Израиля требуют установок СВУ  в каждом доме. В Соединенных Штатах Америки СВУ используют для прогрева бассейнов. В США ежегодно вырабатывается около 2 млн. т.у.т. Приблизительная площадь СВУ в мире, установленных сейчас, равна около 50-60 млн м², что обеспечивает получение 5-7 млн т.у.т. в год. В Европе к концу 2000 г. было построено около 11,7 млн м² коллекторов. На данный момент эти цифры существенно выросли.

В России электростанции, использующие энергию Солнца, на сегодня  практически не распространены. Это  связано с довольно низкой стоимостью нефтегазовой энергии. Однако в ходе тщательных исследований было выявлено, что использование СВУ 3-6 месяцев в год(в зависимости от региона) экономически выгодно.

На данный момент используется несколько методов преобразования энергии Солнца в электроэнергию. Среди них широкое распространение получили термодинамические методы и прямое преобразование с помощью фотоэлектрических преобразователей. (ФЭП).

 

рис. 5 «Схема преобразования солнечной энергии в электричество  с помощью ФЭП»

Фотоэлектрические преобразователи находят все большее применение в самых разных регионах. Одно из преимуществ ФЭП в том, что они, помимо прямого излучения, используют также и рассеянное. Это позволяет отказаться от дорогостоящих устройств для слежения за Солнцем.

Рынок ФЭП с каждым годом все  быстрее набирает обороты. Суммарная  мощность установленных в мире ФЭП  в 2002 году, превысила 500 МВт. Сильным  толчком для развития ФЭП в  мире является принятие национальных программ в разных странах («100 тысяч  солнечных крыш» в Германии, «100 тысяч солнечных крыш» в Японии, «1 млн. солнечных крыш» в США). По прогнозам аналитиков Япония и Германия в ближайшее время выйдут на годовые объемы производства до 500 МВт каждая. Массовое производство ФЭП ведет к их удешевлению. Сегодня модули ФЭП на мировом рынке стоят около 4 долл. за пиковый ватт, что при удовлетворительной инсоляции приводит к стоимости электроэнергии в 15-20 цент/кВтч. Особенное значение рынок ФЭП имеет в развивающихся странах. Установки сравнительно небольшой мощности в единицы кВт представляют сегодня практически единственную возможность приобщить сельское население этих стран к современной цивилизации.

рис.6  « Динамика суммарных установленных мощностей солнечных модулей».