Альтернативные источники энергии

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования 

«Уральская государственная медицинская академия»

Министерства  здравоохранения Российской Федерации

Кафедра гигиены и экологии

Реферат

Альтернативные источники  энергии

 

Исполнители:

Шестакова А.В., ОФ-404

Преподаватель:

Куриленко М. А.

Екатеринбург

2012 г.

 

Оглавление

Введение 3

Альтернативная  энергетика 5

        Направления альтернативной энергетики 5

Ветроэнергетика 7

Гелиоэнергетика 10

        Достоинства гелиоэнергетики 12

        Недостатки гелиоэнергетики 12

Биотопливо 14

        Классификация видов биотоплива по агрегатному состоянию 14

        Классификация видов биотоплива по поколениям 18

Альтернативная  гидроэнергетика 20

Геотермальная энергетика 23

        Петротермальная энергетика 23

        Гидротермальная энергетика 23

Водородная  энергетика 25

        Факторы, сдерживающие внедрение водородных технологий 26

Заключение 28

Список  литературы 29

 

 

Введение

Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать  различные материалы, является одним  из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов  энергии человек не способен полноценно существовать. При этом все активнее обсуждаются вопросы использования  новых нетрадиционных, альтернативных видов энергии.

По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти - 300 миллиардов тонн, газа - 220 триллионов кубометров. Разведанные  запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти 137 миллиардов тонн, газа - 142 триллионов кубометров. Почему же наблюдается  тенденция к освоению альтернативных видов энергии, при таких, казалось бы, внушительных цифрах, при том, что  в последние годы в шельфовых  зонах морей открыты огромные запасы нефти и газа?

Есть несколько ответов  на этот вопрос. Во-первых, непрерывный  рост промышленности, как основного  потребителя энергетической отрасли. Во-вторых, необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых  месторождений, так как часто  эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими  сложными и наукоемкими технологиями. И, в третьих, экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов.

Не менее важной причиной необходимости освоения альтернативных источников энергии является проблема глобального потепления. Суть ее заключается  в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и  обеспечения работы транспортных средств, оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучамое тепло, и таким образом участвует в формировании так называемого парникового эффекта. [1]

Выход из создавшегося положения  виделся в развитии атомной энергетики. На конец  1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и трудно добываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды. Все это дополнительно осложняет отношение к атомной энергетике. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива вообще, закрыть все атомные электростанции и возвратится к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС, а также использовать так называемые возобновимые – малые, или «нетрадиционные», - виды получения энергии.

Цель данной работы  – изучить существующие на данное время альтернативные источники энергии и оценить их достоинства и недостатки.

 

Альтернативная энергетика

Альтернативная  энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Альтернативный  источник энергии — заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Направления альтернативной энергетики

Ветроэнергетика

• Автономные ветрогенераторы
• Ветрогенераторы, работающие параллельно с сетью

Биотопливо

• Жидкое: биодизель, биоэтанол.
• Твёрдые: древесные отходы и биомасса из древесины, соломы и т. п., топливные брикеты)
• Газообразное: биогаз, синтез-газ.

Гелиоэнергетика

• Солнечный коллектор
• Фотоэлектрические элементы

Альтернативная  гидроэнергетика

• Приливные электростанции
• Волновые электростанции
• Мини- и микро-ГЭС (устанавливаются в основном на малых реках)
• Водопадные электростанции

Геотермальная энергетика

• Тепловые электростанции (принцип отбора высокотемпературных грунтовых вод и использования их в цикле)
• Грунтовые теплообменники (принцип отбора тепла от грунта посредством теплообмена)

Водородная энергетика

• Водородные двигатели
• Топливные элементы
• Биоводород

 

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Наибольший ветровой потенциал  наблюдается на морских побережьях, на возвышенностях и в горах. Тем  не менее, существует еще много других территорий с потенциалом ветра, достаточным для его использования  в ветроэнергетике. Как источник энергии, ветер является менее предсказуемым  в отличие от, например, Солнца, однако в определенные периоды наличие  ветра наблюдается на протяжении целого дня. На ветровые ресурсы влияет рельеф Земли и наличие препятствий, расположенных на высоте до 100 метров. Поэтому ветер в большей степени  зависит от местных условий, чем  энергия Солнца. В гористой местности, к примеру, два участка могут  обладать одинаковым солнечным потенциалом, но вполне возможно, что их ветровой потенциал будет различен, в первую очередь из-за различий в рельефе  и направлений ветровых потоков. В связи с этим планирование места  под ветрогенераторы должно проводиться более тщательно, чем при монтаже солнечной системы. Энергия ветра также подчинена сезонным изменениям погоды: более эффективная работа ветрогенераторов зимой и менее – в летние жаркие месяцы (в случае с солнечными системами ситуация противоположная). [2]. Оптимальным вариантом является комбинирование в одной системе ветрогенератора и солнечной системы. Подобные гибридные системы обеспечивают более высокую производительность электроэнергии по сравнению с отдельно установленными ветровой или фотоэлектрической установками.

Важно также помнить, что  количество энергии, произведенной  за счет ветра, зависит от плотности  воздуха, от площади, охваченной лопастями  ветротурбины при вращении, а также  от скорости ветра.

Современные ветрогенераторы  работают при скоростях ветра  от 3—4 м/с до 25 м/с. Мощность ветрогенератора  зависит от площади, заметаемой лопастями  генератора.

Специфика и условия работы ветроэлектростанций в нашей  стране значительно отличаются от зарубежных. Работа автономных систем энергоснабжения  в условиях потребления энергии небольшой мощности не позволяет использовать те преимущества, которые имеет ветроэнергетика за рубежом. Большие расстояния между населенными пунктами делают перспективным направлением развития ветроэнергетики в России совершенствование ВЭУ малой мощности (от 10 кВт) в условиях их изолированности от крупных энергосистем.

Россия располагает значительными  ресурсами ветровой энергии, в том  числе и в тех районах, где  отсутствует централизованное энергоснабжение.

Для стремительного развития ветроэнегетики в России необходимо следующее:

• масштабное внедрение ветроустановок в состав «большой энергетики», особенно с учетом неизбежного снижения цен на ветроустановки и роста цен на традиционное топливо (нефть, уголь);
• создание ВЭУ как большой, так и малой мощности для решения проблем энергообеспечения удаленных и изолированных районов, которые недостаточно обеспечены электроэнергией и практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы, как строительство ветроэлектростанций;
• внедрение стимулирующих механизмов: налоговые льготы, предоставление кредитов на продолжительный срок под льготный процент с отсрочкой платежей до окончания строительства, введение экологического налога, установление местных тарифов, которые позволят обеспечить возвращение капитальных вложений в ветроэнергетику, субсидирование пользователей ВЭУ, создание информационной сети, системы образования, стажировок и так далее.

Каковы же недостатки ветровых энергетических установок? Прежде всего, их работа неблагоприятно влияет на работу телевизионной сети. Вот какой  любопытный пример можно привести в  этой связи. Несколько лет тому назад  от жителей Оркнейских островов (Великобритания) стали поступать необычные жалобы. Оказалось, что при работе ветровой станции, построенной на одном их холмов, возникают такие сильные помехи в работе телевизионной сети, что на экранах телевизоров пропадает изображение. Выход нашли в строительстве рядом с ветровой установкой мощного телевизионного ретранслятора, который позволил усиливать телевизионные сигналы. По имеющимся данным, ветровая энергетическая установка мощностью 0,1 МВт может вызвать искажение телевизионных сигналов на расстоянии до 0,5 км.

Другая неожиданная особенность  ветровых установок проявилась в  том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно действующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт. Как показал опыт эксплуатации большого числа ветровых установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы, покидая район размещения станции, т.е. территории самой ветровой станции и примыкающие к ней становятся непригодными для жизни людей, животных и птиц.

Однако главный недостаток этого вида энергии наряду с изменчивостью  скорости ветра - это низкая интенсивность, что требует значительной территории для размещения ветровой установки. Из проведенных специалистами расчетов следует, что оптимальным для  ветрового колеса является диаметр 100 м. При таких геометрических размерах и плотности энергии на единицу  площади ветрового колеса 500 Вт/м2 (скорость ветра 9,2 м/с) из ветрового  потока можно получить электрическую  мощность, близкую к 1 МВт. На площади 1 км² можно разместить 2-3 установки указанной мощности с учетом того, что они должны находиться одна от, другой на расстоянии, равном трем их высотам, чтобы не мешать друг другу и не снижать эффективности своей работы.

Другими словами, размер территории ветровой станции в расчете на 1000 МВт на 2 порядка превышает  площадь, занимаемую современной АЭС.

Приведенная оценка расхода  земельных ресурсов для размещения мощной ветровой электростанции, во первых свидетельствует о необходимости  тщательного выбора площадки для  нее, имея в виду использование бросовых земель, не пригодных для сельскохозяйственного  оборота, во-вторых, ставит вопрос о  целесообразности сооружения менее  мощных ветровых станций для снабжения  энергией небольшого района или населенного  пункта. Создание таких электростанций (вместе с аккумулятором энергии) может оказаться полезным для  электрообеспечения отдаленных поселков и деревень, а также различных  сельскохозяйственных работ.

Достоинства энергии ветра - отсутствие влияния на тепловой баланс атмосферы Земли, потребления кислорода, выбросов углекислого газа и других загрязнителей, возможность преобразования в различные виды энергии (механическую, тепловую, электрическую). [3]

 

 

Гелиоэнергетика

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.