Использование экологически чистых источников энергии

Использование экологически чистых источников энергии.

В ближайшее время, человечество столкнется с несколькими глобальными  проблемами, порожденными такими полезными  ископаемыми, как нефть и природный  газ. Во-первых, запасы традиционных видов  топлива на всей территории нашей  планеты подходят к концу, во-вторых, почти трехсотлетнее использование  полезных ископаемых катализировало прогрессирование экологической катастрофы. Новое  тысячелетие обречено стать эрой использования альтернативной энергетики, которая со временем должна полностью  заменить человечеству нефть и природный  газ.

К экологически чистым источникам энергии принято относить обычные  источники возобновляемой энергии - энергию Солнца и ветра, малые  гидроэлектростанции, биомассу, термальную энергию океана, энергию приливов, отливов и волн, геотермальную  энергию, топливные элементы, а также  связанные с ними технологии хранения и преобразования энергии. Как результат, в развитых странах наметилась тенденция  к полному отказу от использования  каменного угля. 

Альтернативные источники  энергии – это использование  энергии солнца, ветра, земли, приливов и отливов. Использование данных источников энергии человек начал  практиковать относительно недавно. К  началу нового тысячелетия, в большинстве  стран мира завершился переход от индустриального общества к информационному, что поспособствовало прогрессированию науки и техники. Пересмотрев  приоритеты использования традиционных видов топлива, ученые всего мира выступили с инициативой использования  альтернативных источников энергии. Одно из главных преимуществ альтернативной энергии это — экологичность  и постоянная доступность.

Геотермальная энергия –  это энергия, которая находится  внутри земной коры. Ресурсы данного  вида энергии неисчерпаемы и экологически чисты. В большинстве случаев, энергия  земли используется для обогрева домов. Круглогодовая температура  в недрах земли не опускается ниже 8 градусов Цельсия, что вполне достаточно, чтобы поддерживать тепло в доме. Солнечная энергия – вид энергетики, в которой солнечный свет, преобразуется  в электроэнергию, при помощи солнечных  батарей и антенн. Солнечная энергетика распространена в южных странах мира, где среднегодовая температура не ниже 10-15 градусов. Энергия ветра – вид энергетики, в которой энергия потоков ветра преобразуется в электроэнергию, при помощи ветряных установок. Данный вид энергии распространен в странах, располагающихся вблизи океанов, где среднегодовой поток ветра приблизительно 4-5 м/c. Энергия приливов и отливов основывается на морских течениях и распространена в странах, которых располагаются в непосредственной близости от океанов.

Мы должны применять более  творческие подходы при внедрении  новых, новаторских стратегий для  реализации всех этих возможностей низкоуглеродных  технологий. Кроме того, существующие системы финансирования и промышленного  внедрения инновационных технологий не способны обеспечить вывод этих остро необходимых низкоуглеродных  технологий на рынок. 

Схема 1. Мировое энергопотребление в 2000 г.

Экологически  чистые источники энергии: низкоуглеродные  технологии.

Помимо возобновляемых источников энергии - таких как энергия Солнца, ветра и океана - и технологий повышения энергоэффективности, перспективные  решения на основе низкоуглеродных  технологий включают в себя: 

-Обезуглероженный каменный уголь-топливо нового поколения.

Способностью газифицировать каменный уголь, тем самым снижая уровни выбросов оксидов серы, окиси азота, макрочастиц и ртути до сгорания. 

-Сверхэффективные газовые электростанции.

Сверхэффективные  газовые электростанции это электростанции на природном газе, которые используют усовершенствованные турбины комбинированного цикла. Такие электростанции имеют более высокий КПД и создают меньше выбросов парниковых газов, чем электростанции, работающие на каменном угле. В разные периоды времени в течение 2005 года природный газ был более дорогим видом топлива. Дополнительные вопросы возникали и в связи с гарантиями стабильности поставок природного газа. В этих отношениях каменный уголь порой превосходил природный газ по соотношению "затраты/экономичность". От того, как будут в будущем развиваться поставки природного газа, будет зависеть разница в затратах. Для поощрения широкого использования сверхэффективных газовых технологий могут потребоваться стимулы к повышению затратной конкурентоспособности. 

-Топливные элементы.

Топливные элементы преобразуют водород и кислород в электроэнергию, а побочными продуктами их работы являются лишь вода и тепловая энергия (топливные элементы не вырабатывают парниковых газов). Эта перспективная технология может иметь множество применений, особенно при распределенном производстве экологически чистой электроэнергии в местах со значительными энергетическими нагрузками, такими как аэропорты, банки, информационные центры, станции поисково-спасательных служб, рестораны, больницы и телефонные станции.

Топливные элементы локального применения обеспечивают энергетическую безопасность за счет устойчивой выработки  высококачественной электроэнергии. Они  могут работать на природном газе, а также на возобновляемых видах  топлива. Барьеры для внедрения  технологий топливных элементов  включают в себя относительно высокие  начальные капитальные расходы, строгие требования к техническому обслуживанию и эксплуатации, высокую  себестоимость водородного топлива  и проблемы хранения и доставки топлива. Для обеспечения широкого внедрения  топливных элементов следует  в первую очередь рассмотреть  возможность их использования на критических объектах, таких как  больницы и другие места, где перебои  с подачей электроэнергии могут  привести к серьезным последствиям. Для подобных объектов разница в  стоимости может являться не столь  значимым фактором. 

-Целлюлозная биомасса и биотопливо.

По мере роста интереса к производству и использованию  биотоплива все шире начинают использоваться технологии на основе биомассы, такие  как анаэробные автоклавы и газогенераторы, для производства электроэнергии из сельскохозяйственных культур, их отходов  и компоста. Однако рынок биоэнергии еще только зарождается, и ему  предстоит пройти большой путь в  своем развитии, прежде чем можно  будет говорить о быстром и  широком распространении технологий на основе биомассы и биотоплива. Кроме  того, с точки зрения низкоуглеродных  технологий общепризнано, что использование  целлюлозной биомассы (на растительной основе) является более предпочтительным вариантом производства биотоплива, чем выращивание специализированных сельскохозяйственных культур, таких  как кукуруза, потому что побочным продуктом сбора и транспортировки  таких культур являются выбросы  углекислого газа. 

-Улавливание углерода.

Улавливание углерода: Методы улавливания чрезмерных выбросов углерода для предотвращения их попадания в атмосферу подразделяются на две категории:

• биологическое улавливание, при котором углерод улавливается растениями, способными поглощать много углерода и высаживаемыми в специально отведенных для этого местах;
• геологическое улавливание, при котором углерод инжектируется в скальные образования. Этот процесс состоит из улавливания выбросов электростанции и последующего хранения газа глубоко под землей в слоях пористых пород или его закачки в истощенное месторождение нефти и газа или в угольный пласт. С целью совершенствования данного метода проводятся многочисленные испытания систем захвата и хранения двуокиси углерода.

В настоящее время исследуется  ряд технологий, обеспечивающих улавливание  углерода обоих типов, но пока ни одна из них не получила широкого распространения.  

Время от времени можно  услышать о новаторских идеях  в области энергосбережения и  альтернативной энергетики.

Энергосбережение - устойчивое развитие экономики зависит от сокращения отходов производств и жизнедеятельности. По оценкам специалистов, их можно легко уменьшить - в промышленности более, чем на 1/3 за счет перестройки производственных процессов.

Существует ряд предложений, призванных экономить энергию:

- Аккумулирование энергии. Более широкое применение могло бы найти использование мощности базового режима электростанции для накачки сжатого воздуха в подземные полости. Турбины, работающие на сжатом воздухе, позволили бы экономить первичные энергоресурсы в периоды повышенной нагрузки.

-Передача электроэнергии. Большие энергетические потери связаны с передачей электроэнергии. Для их снижения расширяется использование линий передачи и распределительных сетей с повышенным уровнем напряжения. Альтернативное направление – сверхпроводящие линии электропередачи. Электросопротивление некоторых металлов падает до нуля при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. По сверхпроводящим кабелям можно было бы передавать мощности до 10000 МВт, так что для обеспечения электроэнергией всего Нью-Йорка было бы достаточно одного кабеля диаметром 60 см. 

- Водород как теплоноситель. Водород – это легкий газ, но он превращается в жидкость при -253° C. Теплотворная способность жидкого водорода в 2,75 раза больше, чем природного газа. У водорода имеется и экологическое преимущество перед природным газом: при сжигании в воздухе он дает в основном лишь пары воды.

- Магнитогидродинамика (МГД). Это метод, позволяющий более эффективно использовать ископаемые энергоносители. Идея состоит в том, чтобы заменить медные токовые обмотки обычного машинного электрогенератора потоком ионизованного (проводящего) газа. Наибольший экономический эффект МГД-генераторы могут давать, вероятно, при сжигании угля. Поскольку в них нет движущихся механических частей, они могут работать при очень высоких температурах, а это обеспечивает высокий КПД.

Выделяют четыре направления  энергетики: традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты); гидроэнергетика; атомная  энергетика; возобновляемые источники  энергии (ВИЭ).

Получение электричества за счет сжигания ископаемого топлива сопровождается появлением большого количества загрязняющих веществ, в том числе твердых частиц, окислов серы и окислов азота. Тепловое загрязнение влияет на репродуктивные способности организмов, на их способность добывать пищу, сопротивляться болезням и избегать хищников. Повышенные температуры способны изменить структуру водных сообществ в сторону их упрощения. Тепловые электростанции, расположенные вблизи природных теплых вод, наносят, по всей вероятности, наибольший ущерб природе.

Использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает  самые серьезные экономические  и экологические проблемы, но все же человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы. Не потому, что они меньше (они намного больше), а потому, что их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована и плохо поддается контролю

. Классификация источников.