Альтернативті энергия көздері

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігі

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия  Ұлттық университеті

Ақпараттық технологиялар  факультеті

Жүйелік талдау және басқару  кафедасы

 

 

 

 

 

 

Реферат

Тақырыбы: «Альтернативті энергия көздері»

 

 

 

 

 

 

Орындаған: Габбасова Асель АБ-11

                                                                    

            Тексерген: Дәрібай А.О.

 

 

 

 

 

 

 

Астана, 2013 жыл

Жоспар:

 

1. Кіріспе

 

1. Күн энергиясы
2. Жел энергиясы
3. Гидроэнергетика
4. Биоэнергетика

 

2. Қорытынды

 

3. Қолданылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Энергияның физикалық  түсүнігін басқа, экономикалық, техникалық, саяси, экологиялық және тағы басқа  да түсініктері бар. Адамзатқа энергия  қажет және жыл сайын оның қажеттілігі  артуда. Бірақ дәстүрлі  табиғи отындардың  (мұнай, газ, көмір т.б.) қоры шексіз емес. Көбейткіш-реакторларда плутонийді пайда қылатын уран мен торий-ядролық отындардың де қоры шексіз емес.Термоядерлық отынның – сутегінің қоры шексіз болғанымен, бірақ адамның басқаруымен жүретін термоядерлық реакциялар жүзеге асырылған жоқ және де қашан жүзеге асырылатыны белгісіз. Тығырықтан шығудың екі жолы бар: энергоресурстарды экономды жұмсау және дәстүрлі  емес жаңартылатын энергия қорларын қолдану. Бұл ғылыми жобада электр энергиясы көзінің альтернативті түрлері қарастырылады. Жер астынан алынатын отын түрлерінің азаю салдарынын жаңартылып отыратын энергия түрлері қолдануда — бұл энергия формалары өзінің жиналған қорымен шектелмеген. Осындай типті энергияның қолдануы энергия қорының азаюына әкелмейтінін білдіреді.

Қазіргі кезде әлемде энергия  тапшылығы байқалуда. Бұрыннан пайдаланып келе жатқан көмір, мұнай, табиғи газ  сияқты энергия көздерінің сарқылуы немесе қорының азаюы, қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсерінің күн санап  артуы адамдарды бей-жай қалдырмады. Бүкіл әлем Энергия тапшылығынан құтылып, қоршаған ортаны ластамайтын  альтернативті энергия көздеріне  қол жеткізуге кірісіп кетті. Электр энергетикасын қалпына келтіру  мәселесі — бұл қауіпсіздік мәселесі, әрі еліміздің болашағы электр энергетикасы мен инфрақұрылымның даму деңгейімен байланысты болып отыр. Бірінші кезекте  мемлекеттің бәсекеге қабілеттілігінің стратегиялық міндеті шешілуде, мемлекеттің  өзінде инвестициялар жасалып, жұмыс  орындары пайда болуы тиіс. Электр энергетикасын дамыту экономиканың өзге салаларын дамытуға мұрындық болмақ,  қажетті бастапқы энергия ресурстарының, бірінші кезекте арзан көмірдің барлығын ескерер болсақ, елімізде энергия сыйымдылығы аз, экспортқа  бағытталған өндірістердің дамуына  ықпал етпек. Болашақта энергия  балансына жел, күн, шағын ГЭС  энергиясының зор әлеуетін тарту  және атом энергетикасын дамыту негізін  құру жоспарланып отыр. Альтернативті  энергия көздерін пайдалану орталықтандырылған энергиямен жабдықтау жүйесіне нақты  балама, әсіресе электр энергиясының тапшылығын көріп отырған алыс аудандарға тиімді болмақ. Сондай-ақ Қазақстанның энергия қоры болып табылатын  қазба байлықтары мен қалпына  келетін энергия көздерінің зор  әлеуетін иелене отырып, қазіргі уақытта  энергия үнемдеу саласында ең соңғы орындардың бірін иеленіп  отыр. Біз электр және жылу энергиясын өндіру, жеткізу, тарату және пайдалану  кездерінде-де энергияны үнемдеудің қарапайым ережелерін сақтамаудың  куәсі болып жүрміз. Осылай қалыптасқан  жағдайда энергияны үнемдеу мәселесіне қаражат бөлу жаңа энергетика көздерін салумен бара-бар болар еді, себебі энергияны үнемдеудің өзі пайдалану  тұрғысынан қарағанда жаңа энергия  көзін ашумен бірдей. Қазақстанда  энергия үнемдеу әлеуеті 30–35 пайызды ғана құрайды. Қоғамымыздың барлық салаларында энергия үнемдеу саясатын дұрыс жүргізу жедел қолданысқа енгізілетін сапалы заңның бекітілуін және тұтас іс-шаралар кешенін орындауды қажет етеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Күн энергиясы

 Күн энергиясы - шешуші экологиялық факторлардың бірі. Атап айтқанда жарық жерде өмір сүретіндердің барлығына дерлігін фотосинтез арқылы энергиямен және құнарлы заттармен қамтамасыз етеді. Тірі ағзалар үшін сөуле толқынының ұзындығы, оның қарқындылығы және сәулелендірудің ұзақтығы қажет. Күн сөулесінің спектрі үш аймаққа бөлінеді, олар: ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәуле шығару аймағы. Қазақстан республикасы үшін алып айтқанда бізге қуат боларлық энергия көздері көп. Мысалы күн энергиясын пайдалануға толық мүмкіндігіміз бар. Оңтүстік облыстарда бір жылдың ішінде 180-250 рет күн ашық болып, орташа температура 37⁰С құрайды. Бұл дегеніңіз біз үшін, ең тұрақты, ең арзан, таусылмайтын энергия көзі күн сәулесінің энергиясы болмақ деген сөз. Күн сәулелерін шоғырландырып, оларды кремний батериясына бағыттау жарық сәулесін өзгертіп, электр энергиясына айналдырады. Халық шаруашылығы, металлургия, ауылшаруашылық, энергетика саласында күн энергиясын пайдалануға болады. Қытайда 18 қабаттан тұратын, тек қана күннен қуат алатын ғимарат былтыр қолданысқа берілді, әрине, мұндай жағдайды бізде де жасауға болады. Себебі, жер температурасының жылуы Батыс елдерін айтпағанның өзінде, Қазақстан және Ресей секілді миниралды ресурстарға бай елдердің де табиғатына әсер етіп отыр. Қысқасын айтқанда, күн сәулесі - сарқылмас болашақтың энергиясы. Күн энергиясын пайдалануға бізде қолайлы жағдай бар. Қазақстанда күн энергиясын, қайтарымды қуат көздерін дамытуға толықтай негіз бар. Географиялық, күн сәулесінің түсу мерзімі мен ұзақтығы жағынан да мүмкіндіктер жеткілікті. Әсіресе еліміздің оңтүстік аймағына энергияның  осы балама көзін пайдаланған әлдеқайда ұтымды болар еді. Стэнфорд университетінің бір топ ғалымдары, күн энергиясын электроэнергияға жарататын құрылғының жаңа типін қоғам көпшілігінің назарына ұсынды. Жаңа күн түрлендіргішінің прототипі былай жұмыс істейді: күн сәулесі электрондарды қоздырады, ал, жылу  бұл электрондар вакуум арқылы басқа электродқа секіріп шығуына итермейледі. Сөйтіп, электроқуат  пайда болады. Конструкция, сондай-ақ,  артық жылуды  бу қозғалтқышына жібереді де, күн энергиясының 50%  электроқуатқа жаратады. Мұндай көрсеткіштер, қазірде қолданып жүрген, күн батареялардың көрсеткшінен екі есе артық. Кремний күн батареяларының басым бөлігі, батареяға түсіп тұратын, күн сәулесінің 20 пайызын ғана электроқуатқа жаратады. Күн энергиясын пайдаланудың мұндай  тиімсізділігін  оңай түсіндіруге болады. Батареяның белсенді элементтері тек белгілі бір алабтың күн спектрін сезеді. Фотондардың бұл алабқа сәйкес келмегендігі, электроэнергиясының емес,  жылу энергиясының пайда болуына ықпал етеді. Сөйтіп, потенциалды энергияның көбі текке кетеді. Қисынсыз шығындарды болдырмау үшін, күн энергиясының бірнеше спектрін пайдаға жарата алатын құрылғыны жасап көруге болады. Нақты  шешім – бұл көпқабатты күн батареяларын ойлап табу. Мұндай батареялармен  күн энергиясының 40  пайызын түрлендіруге болады. Бірақ, шынына келетін болсақ, мұндай қондырғылар, кәдімгілерге қарағанда, едәуір қымбат болмақ. Жылу және күн энергиясының түрлендіру принциптері әртүрлі, сондықтан олар бір мезетте электроқуатқа айналмайды. Неғұрлым температура жоғары болса, соғұрлым жылу энергиясының түрлендірілуі тиімді болады. Ал, жоғары температуралар күн батареяларын құртып тастайды. Үнемі қатарлас жүретін, бұл электроқуат көздерінің пайдасын бір мезетте іске жарату үшін, Стенфорд университетінің зерттеушілері  термоэмиссиялық түрлендіргішіне назарын аударды. Оның жұмысы термоэлектрондық эмиссияның әсерінде негізделеді. Қондырғының құрамында, шағын аралықпен бөлінген, екі электрод бар.  Катод жылынғанда (жиі жағдайда катодты цезийден жасайды)  оның электрондары қоздырылады да, бос кеңістікті «секіріп өтіп» анодқа «секіріп шығады». Нәтижесінде, сыртқы тізбегінде электрикалық тоқ пайда болады. Мұндай түрлендіру жоғары температураларда орын алады. Цезийдің әсерінен. Стенфорд тобы катодты жасау үшін, цезийді емес, тек жылумен ғана емес, жарықпен де жұмыс жасайтын, жартылай өткізгіш материалдан шығарылған  тілімшені пайдаланды. Осының арқасында, түрлендіруге әкеле алатын, температуралар біршама төмендеді. Прототиптен өнеркәсіптік үлгісіне дейін жету үшін құрылғы ұзақ жол өту керек екенін,   жоба авторлары жақсы түсінеді. Бірақ, қазірдің өзінде мұндай батареялардың болашағы бар деуге болады.

 

2. Жел энергиясы

 

    Жел энергиясын  механикалық, жылу немесе электр  энергиясына түрлендірудің теориялық  негіздерін, әдістері мен техникалық  құралдарын жасаумен айналысатын  энергетиканың саласы. Ол жел  энергиясын халық шаруашылығына  ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін  қарастырады. Қазақстанда жел  күшімен алынатын электр энергиясы  қуатын кеңінен және мол өндіруге  болады. Республикамыздың барлық  өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия  көздерінен экологиялық және  экономикалық артықшылықтары көп.  Жел энергетикасы қондырғыларының  технологиясын жетілдіру арқылы  оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану  үшін жел энергетикасы қондырғыларын  басқа энергия көздерімен кешенді  түрде ұштастыру қажет. Республиканың  шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік  аймақтарында су электр стансалары  мен жел электр стансаларын  біріктіріп электр энергиясын  өндіру өте тиімді. Қыс айларында  жел күші көбейсе, жаз айларында  азаяды, ал су керісінше, қыс  айларында азайса, жаз айларында  көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді  біршама тұрақтандыруға болады.  Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте, Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын — Орталық Азиядағы «жел полюсі» деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 – 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи «аэродинамикалық құбыр» болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш – Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 – 7,8 м/с, ал жел электр стансалары 4 – 5 м/с-тен бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге, сонымен қатар қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді. Жел қозғалысының энергиясы жел жылдамдығының үшінші дәрежесіне пропорционал. Бірақ, идеалды құрылғының көмегіменде бұл энергияны толығымен электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік жоқ.  Жел қозғалысының энергиясын пайдалы қолдану коэффициенті(ПҚК), теориялық есептеулер бойынша 59,3% құрайды. Басылымға шыққан мәліміттер бойынша, практикада жел энергиясының ең  үлкен ПҚК-і  реалды жел агрегатында жуықтап алғанда 50% жақын болады, бірақ бұл тек қана проектіде қарастырылған  желдің оптималды жылдамдықтарында ғана. Одан басқа, жел қозғалысының энергиясының бір бөлігі механикалық энергия электр энергиясына түрленген кезде жоғалады, оның ПӘК-і 75-95%.  Осының барлығын ескере отырып, реалды агрегат проектіде қарастырылған тұрақты жылдамдықтар диапозонында жұмыс  істесе ғана, желдік агрегаттың меншікті электрлік қуаты жел қозғалысының қуатының 30-40%-ын құрайды. Бірақ кей-бір кезде, желдің жылдамдығы есептелген жылдамдықтардың шектерінен шығып кетеді. Бір жағдайда желдің жылдамдығы тым төмен болады, бұл жағдай да жел агрегаты жұмыс істей алмайды. Екінші жағдайда желдің жылдамдығы тым көп болады, бұл жағдайда агрегат істен шығып қалмау үшін оны тоқтатуға тура келеді. Егер желдің жылдамдығы номиналды жылдамдықтың мәнінен асса, генератордың номиналды қуатынан аспау үшін, желдің механикалық энергиясының барлығы қолданылмайды. Осы фактілердің барлығын ескере отырып жыл бойындағы электр энергиясының меншікіті шығарылуы жел энергиясының 15-30% -ын құрайды.

3. Гидроэнергетика

 

     Гидроэнергетика (грек, "һydor" — су, ылғал, energia — қызмет, бөгет салу арқылы немесе бөгетсіз ағын судан энергия алу. Дүние жүзіндегі ең үлкен СЭС Венесуэлада) (Гури бөгеті, 10 млн кВт) және Бразилияда Парана өзенінде (Итайпу ГЭС-і, 12,6 млн кВт) салынған. Қазақстанда Бұқтырма СЭС-і, Қапшағай СЭС-і, Шардара СЭС-і, т.б. бар. Су энергетикасының энергия көздері саркылмайтын (трубина арқылы өтетін су ағынының орны өзенге немесе көлге құятын өзен және бұлақ суымен толтырылады) болуы мүмкін. СЭС-тердің экологияға нұқсан келтіретін факторлары да бірталай. Мысалы, жазық жерлерде СЭС салу құнарлы жерлерді пайдалануға жарамсыз етіп қана қоймай, өзеннің экожүйесін толық бұзады. Су қойма түбінде мыңдаған тонна шөгінділер (өнеркәсіп және тұрмыстық ақаба суымен бірге өзенге түсетін улы заттектер) жиналады. Бұл су қойманы жойғанның өзінде аумақты пайдалануға жарамсыз етеді. Таулы жердегі өзендер СЭС-тер салуға қолайлы. Бірақ сейсмикалық қауіпті аудандарда алапат ықтималдығы жоғары болуы мүмкін. Жер сілкіністері орасан зор зиян келтіреді. Мысалы, Италиядағы Вайонда 1993 жылы бөгетті су жарып өткенде 2118 адам, ал Индияда Гуджерат бөгетін су жарып өткенде 16 мың адам қаза болды. Қазіргі уақытга үлкен СЭС-тер салудың келешегі жоқ, оларды бөгет салуды қажет етпейтін ағыны жылдам шағын немесе үлкен өзендерде салу ыңғайлы деп есептеледі. Кіші су энергетикасы дәстүрлі емес энергетикаға жатады; 2 бөгет салу арқылы не салмай, аққан судан энергия алу. Су энергиясының біршама арзандығына қарамастан, ресурстардың шектеулілігіне және энергия қондырғыларының көп аумақты алатынына байланысты болашақта ол дүние жүзіндегі энергетиканың 5%-ынан аспайтын болады. Шағын су, жел электр станцияларының тиімділігі де жоғары. Мысалы, Алматы облысында қажетті қуаты 500 мВт жылу электр станциясын салуға 6-8 жыл керек, ал республика бойынша жел энергия қондырғыларының бір күнде екеуін құрып пайдалануға болады екен. Сонда бір ЖЭС, АЭС салынатын жылда бірнеше мың жел энергия қондырғысын салып, одан ЖЭС-тен екі есе артық  энергия алуға болады. Бұл дегеніңіз жел энергиясы атом энергиясына бәсекелес бола алады деген сөз. Су энергетика қорлары — өзендер мен сарқырамалардың құлама суынан алуға болатын энергия қоры. Энергияның бұл көзінің артықшылығы — оның қоры сарқылмайды, үнемі қалпына келіп отырады. Бұл энергияның арзан, әрі гигиеналық түрғыдан таза түрі болып табылады. Су энергиясының қоры жөнінен Қытай, АҚШ, Канада дүние жүзіндегі алғашқы орындарды иеленеді.

Алғашқы су энергиясы диірмендердің, станоктардың, балғалардың, ауа үрлегіштердің, т.б. жұмыс машиналарының жетектерінде пайдаланылды. Гидравликалық турбина, электр машинасы жасалып, электр энергиясын едәуір қашықтыққа жеткізу тәсілі табылғаннан  кейін, сондай-ақ су энергиясын су электр стансаларында (СЭС) электр энергиясына түрлендіру жолының жетілдірілуіне байланысты су энергетикасы электр энергетикасының бір бағыты ретінде дамыды. СЭС – жылу электр стансаларына қарағанда жылдам реттелетін, икемді энергетикалық қондырғы. Олардың жиілікті реттеуде, қосымша жүктемелерді атқаруда және энергетикалық жүйенің апаттық қорын қамтамасыз етуде тиімділігі жоғары.

 

 

4. Биоэнергетика

 

      Биоэнергетика,  биологиялық энергетика — тірі  организмдердегі энергияның бір  түрден екінші түрге айналу  заңдылықтарының молекулалық негіздерін және механизмін зерттейтін ғылым. Биоэнергетика биологиялық тіршілік құбылыстарын энергетиклық тұрғыдан талдайды, бұл үшін физика және химия ғылымдар әдістерін пайдаланады. Биоэнергетиканың зерттеулері, негізінен, термодинамика заңдылықтарына сүйенгенмен, Биоэнергетика мен анорганикалық заттардың энергетикасы арасында айырмашылық бар. Клеткада болатын процесстер біркелкі температурада, көлемде және қысым жағдайында өтеді, сондықтан да организмдегі жылу бірден айналысқа түспейді. Эволюциялық даму нәтижесінде организмдерде бос энергияны жылуға айналдырмай, бір түрден екінші түрге тікелей айналдыру қасиеті пайда болды. Энергияның аздаған бөлігі құрамында фосфор қышқылының қалдықтары бар макроэргикалық қосылыстардың (фотосинтез, хемосинтез және биология тотығу нәтижесінде пайда болатын тірі организмдерде энергияға бай органиклық қосылыстар) химия энергиясына айналады; ал химикалық энергия тұрақты температура жағдайында биологиялық синтезге пайдаланылады. Аталған қосылыстардың ішіндегі ең маңыздысы — аденозин үшфосфор қышқылы (АТФ). Ол синтезделгенде (АТФ + Н₂О - АДФ + фосфат) қоршаған ортаның биоэнергиясы F шамасына кемиді. Бұл клетка жағдайында F = 50 кДж/моль немесе 1200 кал/моль, яғни басқа көптеген гидролиздеу реакцияларында босайтын энергия мөлшерінен анағұрлым артық. Осындай артық энергия босатып, ыдырайтын байланысты макроэргикалық байланыс деп атайды. Ерекше жағдайларда клетка энергиясына АТФ-тен басқа да макроэргикалық фосфорлы қосылыстар — гуанин-, цитозин-, уридин-, тимидин үш фосфаттар немесе креатинфосфаттар қатысады. Биосферадағы тіршілік үшін қажетті энергияның негізгі және бірден-бір қайнар көзі — Күн сәулесі. Оның 1 — 2%-ін жасыл өсімдіктер мен құрамында пигменті бар бактериялар пайдаланып, органикалық заттарды синтездейді, яғни Күн сәулесінің электрмагниттік энергиясы химияның энергияға айналып, органиклық заттардың құрамында болады; қара Фотосинтез. Ауылшаруашылық өндірісінің қалдықтарын өңдеудің әлеуеті Қазақстанда жылына 35 млрд. кВт. сағ және 44 Гкал. жылу энергиясы болып бағаланады.

Соңғы жылдары  биогазды өндіру үрдісіне қызығушылық елеулі өсті – бұл жоспарланған және салынып жатқан биогаздық қондырғылар санының өсуімен ғана байқалмайды, фермерлер, коммуналдық шаруашылықтар, кәсіпорындар, саясатшылар және жеке шаруашылықтардың едәуір бөлігінің қызығушылығын туғызуда, олар осы сектордың дамуын мұқият байқауда. Энергетика саласы биогаздық қондырғылардың салынуына байланысты өндірісті орталықсыздандыруға бұрынғыдай алаңдаушылықпен қарамайды. Тамақ өнеркәсібі, гастрономия, үлкен мейрамханалар, қоғамдық тамақтандыру мекемелері мен тамақ қалдықтарын өңдеу жөніндегі кәсіпорындар үшін биогазды өндіру технологиясы органикалық қалдықтар мен азық-түлік қалдықтарын биогаздық қондырғыларда ауылшаруашылығына пайдалы, арзан кәдеге жаратуға мүмкіндік береді.